Способ генерации кумулятивной плазменной струи и устройство для его осуществления. Советский патент 1991 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к импульсной плазмодинамике и может найти применение при разработке устройств генерации высокоскоростных плазменных потоков для создания источников нейтронного и рентгеновского излучения.

Целью .изобретения является повышение скорости кумулятивной плазменной струи.

На чертеже показана схема предлагаемого способа.

Устройство содержит коаксиальные электроды 1-4, расположенные вдоль образующих конической поверхности симмет-. рмчно и навстречу друг другу. Поверхность пересечения внешних электродов ускорителей образует зону кумуляции, переходящую в канал 5 вывода плазменной струи. Каждая пара электродов через коммутатор Р подключена к батарее С. На чертеже также показаны сформированные в ускорителях плазменные слои 6, 7, положение слоев 8, 9 в момент начала их столкновения кумулятивная струя 10.

Устройство работает следующим образом.

Межэлектродное пространство ускорителей заполняют рабочим газом импульсно стационарно до массовой плотности РО. Рабочее напряжение конденсаторов выбирают из условия обеспечения разрядного тока в электродах, не нарушающего их аэро- зионную стойкость, и из условия превышения разрядным током на участке разгона величины, необходимой для равномерного распределения в межэлектродном пространстве.

Одновременно включают коммутаторы Р, разряжая батареи С. В областях межэлектродного пространства каждой пары электродов возникают одинаковые синхронно нарастающие токи, сосредоточенные в плазменных скин-слоях. Токовые слои 6, 7 ускоряются пондермоторными силами собственного разрядного тока на участке разгона длиной I. Плотность р слоев в момент столкновения устанавливают подбором начального давления рабочего газа {начальная плотность р0) и длины области ускорения

(4 + 3)

где первое слагаемое характеризует увеличение плотности за фронтом сильной ударной волны, а второе - увеличение плотности за счет ci ребаиия токовым слоем ионизированных нейтралов. Одновременность еихо- да плазменных слоев в зону кумуляции и одинаковые скорости их продольного движения устанавливают одновременностью включения стартовых коммутаторов Р, идентичностью параметров конденсаторных батарей С и герметических размеров коаксиальных электродов 1, 3 и 2, 4. Длина I разгонного участка должна быть такой, чтобы к моменту столкновения гак в плазменных слоях бып максимальным, т.е. I Я- Л Р .

I - -j v LX макс,

где L - индуктивность разрядного контура;

Умакс-максимальчая скорость токового слоя в момент столкновения.

В момент столкновения сблизившихся плазменных слоев 8. 9 образуется остроугольная полость (клин) или кумулятивная воронка, захлопывание которой встречно направленными иабеитющм по оками плазмы приводит к образование к зиулятив- ной струм Ю, выходящей через канал 5 с профилированным отверстием.

Столкновение гпазг.генных слоев первоначально происходит у Е Срншны кукйупя- тивной роронки. Пс мере взаимного проникновения слоев Б друга в результате хулсновского горможенйя встречно движущихся потоков плазмы растет температура на длине максьеллизации, s результате чего электроны и коны зоны торможения получают более высокую тепловую скорость. Межитное поле то,ояых слоев, вытесняззсь из этой прогретой зоны, переходит в ь/.енее нагретую область, а именно вверх от вершины образовавшейся воронки ч аз основанию, увеличивая тем самым магнитное давление. По мере его увеличений с приближением к основанию асронки скорость ее захлопывания возрастает. Кумулятивная струя формируется последовательно, начиная с областей плазменных слоев, находящихся у вершины кумулятивной воронки. Азимутальные поля

в тылу сталкивающихся плазменных слоев препятствуют отбросу назад части их массы при кумуляции.

При соблюдении перечисленных выше условий, главными лз которых являются

критерии по ток/ внутри плазменных слоев и по углу схождения, генерируется кумулятивная струя, скорость ксчорой V превышает скорость сходящихся плазменных слоев в соответствии с уравнением V

-U-crg(V/4).

Формула изобретения

1.Способ генерации кумулятивной плазменной струи, включающий формирование сходящегося газодинамического слоя в остроугольной (вомегрии клина или во- ронкм в процессе кумулятивного столкновения, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости V кумулятивной плазменной струи, формируют по крайней мере два сходящихся слоя, оазгоняют их до скоростей с олкновзнчя V U cig(if /4) путем пропускания ь газе разрядных токов, величины которчх на участке разгона больше

значения, необходимого для равномерного распределения тока в межзлектродном пространстве, и производят столкновение под углом « J 2 arctg Vr1-2(y-T) ( К + 1 ) с токами и массовой плотностью слоев в моменг столкновения соответственно равными J,9-103V ( /У4) v/J/n, р -ра№ 4 1А5), где у- показатель адиаба ты; - начальная плотность рабочего газа, art м ; I - длина разгонного участка, м,

д - толщина плазмеьного слоя, м; п - количество сталкиваемых слоев.

2.Устройство для герметизации кумулятивной плазменной струи, состоящее из ускорителя с коаксиальными электродами, отличающееся тем, что в устройство введен дополнительно ло крайней мере один ускоритель, оси ускорителей расположены вдоль образующих конической поверхности симметрично относительно

ее оси с углом прм вершине конуса а л - -2 arctg (р-1)(у+ 1) , где у - показатель адиабаты, торцы внутренних цен тральных электродов ускорителей удалены от точки перемещения осей ускорите

лей в вместо стыка внешних электродов снабжено профилированным отверстием

J,

Изобретение отнссится к импульсной плазмодинамике и может найти применение при разработке устройства генерации высокоскоростных плазменных потоков для создания источников нейтронного и рентгеновского излучения. Целью изобретения является повышение скорости кумулятивной плазменной струи. Формируют по крайней мере два токовых слоя в коаксиальных ускорителях путем пропускания разрядного тока в газовой среде. Токовые слои разгоняются в ускорителях и сталкиваются под углом 1 2 arctg М-2(у- 1 )(у + 1 ) , где у- показатель адиабаты газа. При этом торцы центральных электродов удалены от точки пересечения их осей на расстояние, которое выбирается из условия достижения током максимального значения к моменту столкновения слоев, а место стыка внешних электродов снабжено профилированным отверстием. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.