СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ Советский патент 1996 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и плазменной техники и может быть использовано для получения высокотемпературной плазмы для изучения ее свойств, а также для генерации нейтронного излучения.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности за счет увеличения предела объемной плотности энергии магнитного поля.

Способ осуществляют следующим образом.

В объем плазменной камеры, содержащей дейтерийтритиевую газовую смесь, вводят начальное азимутальное магнитное поле, после чего осуществляют ионизацию газа, ускорение полученной плазмы нарастающим азимутальным магнитным полем до скорости, превышающей альфвеновскую скорость звука, путем пропускания плазмы через кольцевое сопло Лаваля, а затем проводят торможение и нагрев плазмы в ударной волне, формирующейся на выходе из сопла с помощью противодавления начального магнитного поля, которое вводят и в эту часть камеры. При этом для достижения максимального коэффициента преобразования электромагнитной энергии источника в тепловую энергию плазмы напряженность начального магнитного поля выбирают в интервале 0,2-0,5 от максимальной напряженности.

После заполнения плазменной камеры газом в объем камеры, включая объемы с обеих сторон от кольцевого сопла Лаваля, вводят начальное азимутальное магнитное поле. При этом напряженность начального магнитного поля H_o(t) увеличивают со временем t по экспоненциальному закону
H_o(t) ≈ e^λt где λ инкремент нарастания напряженности начального магнитного поля.

Поскольку в процессе введения начального поля контур начального тока не изменяется, рост H_o(t) cопровождается экспоненциальным ростом напряженности электрического поля Е_о(t) c тем же инкрементом λ, причем отношение Е_o(t) к Н_о(t) не изменяется со временем и пропорционально инкременту λ
сЕ_о(t) K ·λ·Н_о(t) где с скорость света, см/с,
К коэффициент пропорциональности, см.

Коэффициент пропорциональности К можно определить из формулы
K где r- радиус, на котором расположено кольцевое сопло, см,
Δ- ширина сопла в критическом его сечении, см,
L индуктивность токового контура, в который через сопло вводят начальный магнитный поток, см.

Наличие магнитного поля, перпендикулярного электрическому полю, удлиняет путь электронов, движущихся в газе с катода на анод, что с точки зрения пробоя эквивалентно увеличению газа и повышению пробойного напряжения. В течение подавляющей части времени роста начального магнитного поля электроны в камере сильно замагничены и в скрещенных полях и дрейфуют почти перпендикулярно к направлению обоих полей, слабо смещаясь вдоль электрического поля. В развитии пробойных явлений определяющим параметром становится скорость дрейфа электронов V_др, совпадающая со скоростью движения магнитных силовых линий, которая определяется формулой
V_др=
В таких условиях пробой в газе происходит, если скорость дрейфа превосходит критическое значение V_пр, зависящее от состава и плотности газа и геометрии системы. Само по себе напряжение между электродами не является определяющим фактором.

Для максимально допустимого с точки зрения пробоя сокращения времени t_o ввода начального магнитного поля обратную ему величину инкремента λ выбирают из соотношений
K•λ v_пр
Указанное сокращение времени позволяет повысить напряженность начального магнитного поля, достигаемую к концу процесса его введения, без разрушения плазменной камеры. В сочетании с повышением максимальной напряженности магнитного поля на стадии ускорения и нагрева плазмы это дает возможность повысить объемную плотность тепловой энергии плазмы.

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и плазменной технологии и может быть использовано для получения высокотемпературной плазмы с целью изучения ее свойств, а также для генерации нейтронного излучения. Цель изобретения состоит в повышении эффективности за счет повышения предела объемной плотности энергии магнитного поля. В объем плазменной камеры, содержащий рабочую газовую смесь, вводят начальное азимутальное магнитное поле, далее осуществляют ионизацию газа, ускорение полученной плазмы нарастающим азимутальным магнитным полем путем пропускания через кольцевое сопло Лаваля, а затем осуществляют торможение и нагрев плазмы в ударной волне, формируемой на выходе из сопла воздействием начального магнитного поля, вводимого в эту часть камеры. При этом нарастание азимутального магнитного поля выполняют по экспоненциальному закону. Достигаемое сокращение времени ввода магнитного поля в камеру позволяет увеличить предел плотности энергии магнитного поля, при которой не возникает разрушение камеры. Увеличение плотности энергии магнитного поля повышает объемную плотность тепловой энергии плазмы.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ по авт. св. N 1268080, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет повышения предела объемной плотности энергии магнитного поля, напряженность азимутального магнитного поля увеличивают со временем по экспоненциальному закону, при этом инкремент λ нарастания выбирают из соотношений

где c - скорость света, см/с;
Н₀(t) - напряженность начального магнитного поля в критическом сечении сопла Лаваля, Э;
F₀(t) - напряженность электрического поля в том же сечении, ед. СГС;
K - коэффициент пропорциональности, см;
λ - инкремент нарастания напряженности начального поля, 1/с;
V_п р - максимальная скорость движения магнитных силовых линий, соответствующая отсутствию пробоя, см/с.