Способ преобразования энергии электромагнитного излучения СВЧ диапазона в энергию тока низкой частоты Советский патент 1986 года по МПК H01J25/00 

1 Изобретение относится к области преобразования энергии излучения СВЧ диапазона в энергию тока низкой частоты и может быть использовано в технике направленной передачи энергии, например, при приеме энергии содыечньтх Космических 511ёктр(эс;танцич: транспортируемой ,СВЧ излучением высокой интенсивности на Землю, ; i t Целью изобретения является повышение коэффициента преобразования электромагнитного излучения в широком диапазоне СВЧ частот (от 1 до 300 ГГц). Сущность способа заключается в том, что в присутствии MafHHTHoro поля, напряженность которого соответствует . частоте одного из резона)1соп поглощения излучения (II ...: S электронно-циклотронньй резонанс, верхиегибридный резонанс, Н i:- - - liiHSL-L нижнегибр1щный резонанс, гдСсО частота излучения, mg и raj - массы электрона и иона, С - скорость света), возможна реализация практически полного поглощения энергии импульса электромагнитного излучения плазмой, а использование соленоида для создания указанного магнитного поля позволяет уменьшением тока в цепи соленоида в интервале меясду импульсами излучения уменьшить напряженность .магнитного поля, обеспечив тем самым адиабатическое рас ширение и охлаждение плазмы, сопро вождающееся передачей тепловой эне гии плазмы и цепь обмотки соленоид в виде инду1стируемого в ней диамаг нитного тока. Циклическое изменение напряженности магнитного поля позволяет преобразовать энергию импульсного СВЧ излучен11я в энерги тока низкой частоты. Лежащий в основе этого способа физический механизм преобразования не ограничивает диапазона частот СВЧ излучения и его уровня мощности. Это свя зано с тем,что частотный диапазон можно перекрыть соответствующим вы бором величины магнитного поля и типа резонанса, а необходимому уро ню мощности можно подобрать, соотве 32 ствующий об7эем рабочей камеры. Как следует из теоретических расчетов, коэффициент преобразования энергии при таком способе определяется соотношением между объемом камеры, в которой расширяют плазму, и объемом, в котором нагревают плазму при напряженности поля, соответствзпощей частоте резонансного поглощения, и который в общем случае зависит от площади поперечного сечения потока электромагнитного излучения. Наиболее целесообразно использовать электромагнитное иглучение в виде волнового пучка. На чертеже представлен один из вариантов устройства, которое позволяет реализовать предлагаемый способ. Представленное на чертеже устройство позволяет осуществить циклическое изменение напряженности магнитного поля в автоматическом реязгме за счет использования для реализации заявляемого способа колебательного контура. В общем случае возможны и другие устройства, позволяющие изменять ток в обмотке соленоида и отбирать от нее ток низкой частоты. Устройство содержит вакуумную 1, выполненную из материала, не экранирующего магнитное поле, и заполненную газом низкой концентрации. В одной из стенок камеры 1 выполнено окно 2 из радиопрозрачного материала для ввода в камеру 1 электромагнитного излучения СВЧ диапазона, которое фокусируется в центр камеры с помощью лпнзы 3. Камера 1 расположена внутри обмотки соленоида 4, концы которой через последовательно соединенные управляемьй ключ 5 и конденсатор 6 подкл{очены к нагрузке 7. Емкость С конденсатора 6 и индуктивность L обмотки соленоида 4 выбираются из условия Т 2ir/I, где Т - период .повторения импульсов электромагнитного излучения. Пример конкретной реализации способа при преобразовании в энергию тока низкой частоты энергии импульсного (длительность импульса tЦ 0,2 мс, период следования импульсов Т U1 10 мс) электромагнитного

излучения гиротрона в виде волнового лучка с рабочей длиной волны 8 мм (диаметр волнового пучка 1 см) и мощностью Р 100 КВт. Используют кварцевую камеру 1 диаметром 10 см и длиной 50 см, при этом соленоидом 4 обеспечивают магнитное поле напряженностьро 12 кЭ, параметры конденсатора 6 и индуктивности соленоида 4 выбирают С j SlO ф, L 1,0 Гн соответственно, а сопротивление нагрузки 7R 1 Ом. Камеру 1 заполняют водородом под давлением Торр.

Преобразование осуществляют следующим образом.

В момент, предшествующ11й реализации способа, ключ 5 разомкнут, а конденсатор 6 заряжен от вспомогательного источника питания (па чертеже не указан),

Включением ключа 5 напряжение заряженного конденсатора 6 через нагрузку 7 подают на обмотку соленоида 4, в результате чего образуется колебательный контур, функцию индуктивности которого выполняет обмотка соленоида 4. При разряде конденсатора 6 ток в обмотке соленоида

1767634

4 растет, достигая величины, которая соответствует напряженности магнитного поля 12 кЭ. В этот момент в камеру 1 вводят электромагнитное излучение, которое вызывает пробой газа и нагрев образовавшейся плазмы, обеспечивая зтим преобразование энергии электромагнитиого. излучения в тепловую энергию ппазмы

to с коэффициентом преобразования,близким 1. Затем расширяют плазму за счет уменьшения тока в обмотке соленоида 4 вследствие колебательного процесса, происходящего в контуре.

15 Поскольку выбор параметров (L,C) колебательного контура согласован с периодом следования импульсов, то за время Т происходит уменьшение напряже П1ости магнитного поля до нуля

20 н плазма, расширяясь, отдает свою тегшовую энергию на образование в обмотке соленоида 4 диамагнитного тока, который поступает в нагрузку 7. Т.ЧКНМ образом через нагрузку 7,

25 протекает ток низкой частоты, отдавая ей энергию. В качестве нагрузки 7 может быть обмотка трансформатора, согласующего цепи соленоида с . потребителями энергии.

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАПШ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗJFЧEHИЯ СВЧ ДИАПАЗОНА В ЭНЕРГИО ТОКА НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, включающий операции Лоркирования горячей плазмы пзтем воздействия импульсного электромагнитного излучения и последукнцего преобразования тепловой энергии плазмы п энергию тока низкой частоты, отличающий с я тем, что, с целмо повышения коэффициента преобразования энр.ргни электромагнит-. него излучения в ппфоком диапазоне частот, формирование горячей плазмы осуществляют при воздействии на нее в течение длительности импульса электромагнитного излучения магнитным полем соленоида, напряженность которого соответствует частоте одного из резонансов поглощения плазмы, а преобразование тепловой энергии плазмы п энерппо тока низкой часто(Л ты ос5тдествля1от путем адиабатического расширения плазмы уменьшением тока в обмотке соленоида, при этом энерпш тока низкой частоты снимают с нагрузки, включенной в цепь :обмотки соленоида. Од о со