УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ НА ОСНОВЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА Российский патент 2002 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке устройств для осуществления Z-пинча с целью генерирования мощных импульсов рентгеновского, ультрафиолетового или оптического излучения.

Известно устройство для получения плазмы, представляющее собой герметичную цилиндрическую газоразрядную камеру, на торцах которой установлены электроды, подключенные к импульсному источнику электропитания (см. рис. 37 из [1. Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции. М. : Физматгиз, 1961] .

В камеру предварительно закачивается газ или смесь газов определенного сорта. При включении источника питания в камере происходит объемная ионизация, образуется столб токонесущей плазмы, собственное азимутальное магнитное поле которой оказывает на плазму сжимающее к оси камеры действие. В момент максимального сжатия происходит сильный разогрев плазмы, что приводит к генерации рентгеновского излучения.

Объемный Z-пинч осуществляют при начальном давлении газа, не превышающем нескольких десятков Торр, в то время как необходимость увеличения выхода рентгеновского излучения требует увеличения давления газа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для получения плазмы за счет использования скользящего разряда, состоящее из импульсного источника электропитания и герметичной полой камеры с двумя расположенными с торцов электродами и боковой поверхностью, при этом вдоль боковой поверхности камеры с внешней стороны пропущен обратный токопровод, электрически связанный с одним из электродов, а другой электрод и обратный токопровод подключены к импульсному источнику электропитания [2. Андреев C. И. , Байков О. Г. , Дашук П. Н. , Попов П. Г. Исследование сильноточных самосжимающихся разрядов в ксеноне. Z-пинч, ЖТФ, 1977, т. 47, 6, с. 1205-1212] .

В этом устройстве получена сплошная цилиндрическая плазменная оболочка за счет использования скользящего разряда и осуществлен Z-пинч при начальном давлении газа до 760 Торр (1 атм). Устройство [2] выбрано нами за прототип.

При дальнейшем увеличении давления газа в камере скользящий разряд становится неоднородным, имеющим вид небольшого числа узких разрядных каналов, и поэтому при давлении газа в камере [2] большим, чем 1 атм, Z-пинч осуществить нельзя.

В связи с этим техническим результатом является увеличение энергетического выхода рентгеновского излучения путем обеспечения работоспособности устройства при давлениях газа, больших 1 атм.

Технической задачей предлагаемого решения является возможность осуществления Z-пинча на основе скользящего разряда в устройстве для получения плазмы при давлениях до 2 атм, что должно повысить энергетический выход рентгеновского излучения по сравнению с прототипом.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для получения плазмы за счет использования скользящего разряда, содержащем импульсный источник электропитания и герметичную полую камеру с двумя расположенными с торцов электродами и боковой поверхностью, при этом вдоль боковой поверхности камеры с внешней стороны пропущен обратный токопровод, электрически связанный с одним из электродов, а другой электрод и обратный токопровод подключены к импульсному источнику электропитания, новым является то, что боковая поверхность камеры выполнена из сегнетоэлектрика.

Дополнительным отличием является то, что сегнетоэлектрик, из которого выполнена боковая поверхность, поляризован.

Достижение технического результата основано на том, что чем больше диэлектрическая проницаемость ε подложки, по которой развивается скользящий разряд, тем при более высоких давлениях газа разряд сохраняет сплошную форму. Этот факт подтверждается экспериментами, проведенными с диэлектрическими материалами с ε = 4; 150; 250 (стеклотекстолит и корундовая керамика различных марок) при давлении 760 Торр, описанными в [3. Баранов В. Ю. , Борисов В. М. , Высикайло Ф. И. и др. Исследование процессов формирования и протекания скользящего разряда. Препринт ИАЭ-3472/7, М. , 1981] .

В прототипе боковая поверхность камеры выполнена из диэлектрика (кварцевого стекла) с ε = 3,7-3,8, а в заявляемом устройстве вместо диэлектрика используется сегнетоэлектрик. Заметим, что класс диэлектриков не перекрывает целиком класс сегнетоэлектриков, так как известны сегнетоэлектрики, обладающие полупроводниковыми свойствами, так называемые сегнетоэлектрики-полупроводники: ряд соединений типа V-VI-VII (где V = Sb, Bi, VI = S, Se, Те; VII = Cl, Br, J) - [4. М. Лаинс, А. Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М. : Мир, 1981] , которые также могут быть использованы в предлагаемом устройстве. Это обстоятельство подтверждает то, что предлагаемое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Как известно, сегнетоэлектрики обладают диэлектрической проницаемостью ε более 1000, а если конкретный сегнетоэлектрик предварительно поляризовать, то его диэлектрическая проницаемость будет еще больше.

Таким образом, использование сегнетоэлектрика в устройстве для получения плазмы на основе скользящего разряда является новым решением и позволит получить возможность осуществления Z-пинча на основе скользящего разряда при давлениях, существенно больших (до 2 атм) по сравнению с прототипом, что должно повысить энергетический выход рентгеновского излучения.

Пример конструкции предлагаемого устройства для получения плазмы на основе скользящего разряда показан на чертеже.

Устройство для получения плазмы на основе скользящего разряда содержит импульсный источник энергии 1, герметичную полую камеру 2 с двумя расположенными с торцов электродами: катодом 3 и анодом 4, боковой поверхностью 5 из сегнетоэлектрика. Вдоль боковой поверхности камеры 2 с ее внешней стороны с зазором или без него пропущен обратный токопровод 6, электрически связанный с одним из электродов (анодом 4), а другой электрод 3 и обратный токопровод 6 подключены к импульсному источнику электропитания 1.

В качестве примера конкретного исполнения приводится цилиндрическая разрядная камера 2, причем отношение длины разрядной камеры к ее диаметру не превышает два раза, кольцевые электроды 3, 4 выполнены из стали. Боковая поверхность 5 камеры выполнена из сегнетоэлектрика, например из титаната бария с ε = 1600, а торцы из прозрачного диэлектрика. Разрядная камера заполняется, например, аргоном.

Электрическая схема включения камеры представляет RCL-контур и состоит из конденсаторного или индуктивного накопителя энергии, управляемого разрядника, соединительной линии и электродов.

От источника импульсного напряжения 1 через разрядник подается напряжение вдоль боковой поверхности 5 на катод 3 и анод 4, электрически соединенный с обратным токопроводом 6, охватывающим цилиндрическую вакуумную камеру 2.

По поверхности сегнетоэлектрика 5 развивается поверхностный скользящий разряд, который является источником плазмы. В результате поверхностного разряда формируется плазменная оболочка, которая ускоряется к оси камеры. Под действием собственного магнитного поля разряда ускоренное движение оболочки сопровождается схлопыванием ее на оси камеры, при этом образуется плазменный пинч, который становится источником рентгеновского излучения.

Применение сегнетоэлектрика позволяет использовать камеру при более высоком давлении газа, начиная со значений, больших 1 атм, улучшаются условия формирования плазменной оболочки, что должно привести к повышению выхода рентгеновского излучения как минимум в полтора раза.

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке устройств для осуществления пинча с целью генерирования, например, мощных импульсов рентгеновского излучения. Устройство для получения плазмы за счет использования скользящего разряда содержит импульсный источник электропитания и герметичную полую камеру с двумя расположенными с торцов электродами и боковой поверхностью, вдоль которой с внешней стороны пропущен обратный токопровод, электрически связанный с одним из электродов, а другой электрод и обратный токопровод подключены к импульсному источнику электропитания, при этом боковая поверхность камеры выполнена из поляризованного сегнетоэлектрика. Технический результат - возможность формирования сплошной токовой оболочки при больших давлениях газа, что способствует повышению выхода рентгеновского излучения. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения плазмы на основе скользящего разряда, состоящее из импульсного источника электропитания и герметичной полой камеры с двумя расположенными с торцов электродами и боковой поверхностью, при этом вдоль боковой поверхности камеры с внешней стороны пропущен обратный токопровод, электрически связанный с одним из электродов, а другой электрод и обратный токопровод подключены к импульсному источнику электропитания, отличающееся тем, что боковая поверхность выполнена из сегнетоэлектрика. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сегнетоэлектрик, из которого выполнена боковая поверхность камеры, поляризован.