УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ Советский патент 1995 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к плазменной технике и управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано для получения высокотемпературной плазмы с целью изучения ее свойств, а также с целью генерации нейтронного излучения.

Целью изобретения является упрощение и уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для получения высокотемпературной плазмы; на фиг.2 коммутатор тока в виде размыкателя тока; на фиг.3 коммутатор тока в виде размыкателя тока, последовательно соединенного с замыкателем; на фиг.4 коммутатор тока в виде размыкателя тока, последовательно соединенного c резистором.

Устройство для получения высокотемпературной плазмы содержит источник 1 электромагнитной энергии и осесимметричную плазменную камеру 2, состоящую из камеры 3 ускорения плазмы, которая образована коаксиальными внутренним 4 и наружным 5 электродами, и камеры 6 торможения плазмы. Кольцевой зазор между электродами 4 и 5 выполнен в форме сопла 7 Лаваля, а камера 6 в виде кольцевого зазора между коаксиальными электродами, которые являются продолжением электродов 4 и 5 и замкнуты между собой со стороны, противоположной соплу 7, металлической крышкой 8. Электроды 4 и 5 подключены к выходу источника 1 и отделены друг от друга изолятором 9.

Электрод 5 и крышка 8 могут быть изготовлены из меди, электрод 4 из бескислородной меди, изолятор 9 из керамики.

Источник 1 выполнен в видe спирального взрывомагнитного генератора (ВМГ) 10 с экспоненциальным нарастанием тока.

Коммутатор 11 содержит внутренний 12 и наружный 13 коаксиальные электроды, являющиеся продолжением соответственно электродов 4 и 5 камеры 2 и с противоположной камере 2 стороны подключенные к выходу взрывомагнитного генератора 10. Цилиндрическая фольга 14 отделена от электрода 13 изолятором 15. Внутри электрода 12 и фольги 14 помещен заряд 16 взрывчатого вещества.

Фольга 14 с одной стороны соединена с электродом 12, а с другой с электродом 13 и, таким образом, замыкает электроды 12 и 13. Устройство также содержит дополнительный электрод 17 и резистор 18. На фиг.3 показана группа элементов 19, образующих замыкатель, и группа элементов 20, образующих размыкатель.

Устройство работает следующим образом.

В начальном состоянии коммутатор 11 замкнут. После заполнения камеры 2 газом (изотопами водорода) во взрывомагнитном генераторе 10 производится сжатие магнитного потока.

При использовании в качестве коммутатора 11 размыкателя тока (фиг.2) в течение всего времени t < t_разм, где t_разм момент размыкания цепи коммутатора тока, часть магнитного потока из генератора 10 передается в камеру 2 через омическое сопротивление первоначально замкнутой фольги 14. Эта часть магнитного потока создает в электродах камеры 2 ток I_кам(t), который до момента размыкания t_разм растет со временем пропорционально току I_ген (t), т.е. экспоненциально и с инкрементом λ нарастания тока
I_кам(t) ≈ I_ген(t) ≈ e^λt
В этом случае требуемая величина тока в электродах камеры 2 I_кам(t_разм) к моменту размыкания t_разм обеспечивается подбором величины R_о омического сопротивления фольги.

По тому же закону растет и напряженность Н_о(t) магнитного поля в камере 2: Н_о(t) ≈e^λt. Благодаря экспоненциальному росту тока напряженность электрического поля Е_о (t) между электродами 4 и 5 пропорциональная производной по времени от тока dI_кам/dtλ I_кам(t), оказывается пропорциональной напряженности Н_о(t) магнитного поля:
k·λ где k коэффициент пропорциональности;
с скорость света.

Известно, что в скрещенных электрическом и магнитном полях замагниченные электроды дрейфуют перпендикулярно направлениям обоих полей со скоростью v_др, равной скорости движения магнитных силовых линий, которая выражается формулой
v_др
Для выполнения условия отсутствия пробоя на стадии введения начального магнитного поля эта скорость в самом напряженном, с точки зрения пробоя, месте, т. е. в критическом сечении сопла 7, должна быть меньше предельного, соответствующего пробою значения v_пр:
λk<v_пр
Значение v_пр определяется составом, плотностью газа и шириной ограничения на время t_о нарастания тока в генераторе 10:
t_o > где r радиус расположения кольцевого сопла 7;
Δ его ширина;
L_торм индуктивность камеры 6 торможения плазмы.

Отсюда следует ограничение на параметр времени нарастания тока: t_o t_o
При разрушении фольги 14 с помощью заряда 16 срабатывает размыкатель тока, и основной магнитный поток из генератора 10 перебрасывается в камеру 2. Далее под действием высокого напряжения, возникающего между электродами 4 и 5, происходит ионизация газа в камере 2. Полученная плазма под действием нарастающей в камере 3 напряженности магнитного поля ускоряется и при пропускании через сопло 7 приобретает на выходе сопла 7 скорость, превышающую альфвеновскую скорость звука, а затем тормозится и нагревается в ударной волне, формирующейся в камере 6 торможения на выходе из сопла 7 с помощью противодавления начального магнитного поля.

Таким образом, может быть достигнута, например, температура плазмы Т ≈ (1,5-2) кэВ при плотности ионов N ≈ 10¹⁷ см^-3 с временем жизни плазмы ≈ 1 мкс.

Изобретение относится к плазменной технике и управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано при создании импульсных термоядерных установок. Цель - изобретения упрощение и уменьшение массы и габаритов устройства путем совмещения функций источника начального магнитного поля и источника электромагнитной энергии. Устройство содержит источник 1 электромагнитной энергии и осесимметричную плазменну камеру 2, состоящую из камеры 3 ускорения плазмы, образованной подключенными к источнику 1 коаксиальными электродами 4 и 5, и камеры 6 торможения плазмы. Кольцевой зазор между электродами 4 и 5 выполнен в форме сопла Лаваля, а камера 6 в виде кольцевого зазора между коаксиальными электродами, которые являются продолжением электродов 4 и 5 камеры 3 ускорения. Источник 1 выполнен в виде спирального взрывомагнитного генератора 10 с экспоненциальным нарастанием тока и коммутатора 11 тока, который подключен к выходу взрывомагнитного генератора 10 параллельно плазменной камере 2. Коммутатор 11 тока выполнен в виде размыкателя тока. Медленное нарастание напряжения в кольцевом зазоре на начальной стадии работы генератора 10 позволяет предотвратить преждевременный пробой газа и тем самым сформировать начальное магнитное поле в камере 6 торможения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, содержащее источник электромагнитной энергии и осесимметричную плазменную камеру, состоящую из камеры ускорения плазмы, образованной подключенными к источнику электромагнитной энергии коаксиальными электродами, кольцевой зазор между которыми выполнен в форме сопла Лаваля, и камеры торможения плазмы в виде кольцевого зазора между коаксиальными электродами, которые являются продолжением электродов камеры ускорения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и уменьшения массы и габаритов устройства путем совмещения функций источника начального магнитного поля и источника электромагнитной энергии, источник электромагнитной энергии выполнен в виде взрывомагнитного генератора с экспоненциальным нарастанием тока, оснащенного коммутатором тока, который подключен к выходу взрывомагнитного генератора параллельно плазменной камере. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор тока выполнен в виде размыкателя тока. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор тока выполнен в виде размыкателя, последовательно соединенного с замыкателем тока. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор тока выполнен в виде размыкателя тока, последовательно соединенного с резистором.