Антенное устройство для возбуждения медленных волн в плазме, находящейся в магнитной ловушке Советский патент 1991 года по МПК H05H1/00 G21B1/00 

фиг.1

Изобретение относится к антенным устройствам для возбуждения электромагнитных волн в плазме и может быть использовано для получения и нагрева плазмы9 поддержания стационарного тока в замкнутых магнитных ловушках, в том числе в термоядерном реакторе, а также для диагностических целей, например для приема излучения из плазмы,

Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения медлен- (ных кинетических волн, в плазме.

На фиг о 1 изображено предлагаемое антенное устройствоj на фиг 2 - то же, вид со стороны плазмы (стрелками показаны токи в проводниках, которые могут привести к паразитному возбужде- нию быстрой волны), ,20

И области между экраном 1, которым может быть стенка вакуумной камеры

5

0

Антенное устройство работает дующим образом,

За счет использования возбудителей (не показан) в замедляющей структуре, образованной системой проводников 3 и перемычек 4, и в вакуумном промежутке между проводниками 3 и плазмой возбуждается поверхностная медленная электромагнитная волна МВ(Э). Она распространяется вдоль замедляющей структуры по направлению магнитного поля БО и за счет связи на границе плазмы между MB (Э) и МБ (К) возбуждает 5 МБ(К), которая уносит энергию вглубь плазмы Благодаря использованию системы проводников 3, соединенных с экраном 1 перемычкой 4 с h d, замедление поверхностной МВ(Э) значительно больше единицы, что приводит к усилению связи поверхности МВ(Э) с MB(К) и уменьшению длины затухания.

Изобретение относится к антенным устройствам для возбуждения электромагнитных волн в плазме и может быть использовано для создания и нагрева плазмы. Цель изабретежя - повышение эффективности возбуждения медленных кинетических волн в плазме магнитных ловушек. Устройство состоит из электропроводяде го экрана 1 и замедляющей структуры типа гребенки, выполненной в виде системы взаимно параллельных проводников 3, расположенных в плоскости, параллельной границе плазмы, между электропроводящим экраном 1 и границей плазмы перпендикулярно магнитному полю. Проводники 3 соединены с электропроводящим экраном 1 перемычками 4, расстояние между которыми меньше половины длины волны. Перемычки 4 соседних проводников 3 смещены ,. одна относительно другой на расстояние, равное половине расстояния ду перемычками 4 одного проводника 3, В промежутке между проводниками 3 и границей плазмы с помощью возбудителя щелевого или петлевого типа возбуждаются поверхностные медленные электромагнитные волны, бегущие вдоль направления магнитного поля. За счет, связи на границе плазмы возбуждаются медленные кинетические волны, распространяющееся вглубь плазмы. 2 ил. Р Ъют

магнитной ловушкиsи границей плазмы 2 расположена система плоских взаимно параллельных проводников Зг сориентированных,перпендикулярно магнитному полю BQ„ Проводники 3 соединены с экраном 1 перемычками 4S имеющими круглое поперечное сечение Перемычки 4 соседних проводников сдвинуты одна относительно другой на расстояние, равное половине расстояния 1 между перемычками одного проводника (в шахматном порядке), Расстояние d между проводниками 3 и границей плазмы 2 выбирается меньше высоты h перемычек 4. Для антенного устройства (фиг. 1), предназначенного для возбуждения медленных кинетических волн МБ(К) в тока маке со следующими параметрами пери

ферийной плазмы 4

1011

Т„ е В0 4Тл; пе

- п ; -

т; 200 ev,

3/СОС 1, 95; рабочий газ - дейтерий, где n ,J и п „ - плотность ионов и электронов; Т( и Те - температура ионов и электронов; 03 - круговая частота генератора; G3C; - ионная циклотронная частотаj BQ - величина постоянного . магнитного поля, оптимальные размеры следующие; h 10 см и d 1 см, а расстояние 1 1 м между соседними перемычками 4 одного проводника 3 выбирается значительно больше размера поперечного сечения (диаметра) перемычек 4Э но меньше половины длины волны А . Для данных значений магнитного поля В 2Тс/(0 5 м (с - скорость света в вакууме). Расстояние между, проводниками 3 S 3 см.

0

5

5

0

5

0

Необходимо чтобы расстояние между перемычками не превышало половины длины волны. В противном случае возможно возбуждение высших мод поверхностной МВ(Э), которые распространяются вдоль магнитного поля с фазовой скоростью, большей скорости света. Возбуждение таких мод недопустимо, так .как их длина затухания, обусловленная излучением в плазму, становится чрезвычайно большой0Из-за дискретное™ ти перемычек 4 в проводниках 3 возникают токи I,, текущие перпендикулярно магнитному полю В0 (фиг. 2). Такие токи могут возбуждать паразитную быструю волну в плазме, которая может уносить значительную долю ВЧ--мощности, подводимой к антенне. Для того, чтобы подавить этот нежелательный эффект, перемычки 4 соседних проводников 3 сдвинуты одна относительно другой на расстояние, равное половине расстояния между перемычками 4 проводника 3 (фиг. 2). В этом случае токи в соседних проводниках 3 протекают в противоположных направлениях. Поэтому спектр по продльным волновым числам возбуждаемых в плазме быстрых волн лежит в области очень высоких замедлений и распространение быстрой волны в плазме становится невозможным,,

При использовании предлагаемого антенного устройства существенно снижается доля омических потерь ВЧ-знер- гии в элементах антенного устройства, а следовательно, повышается К11Д ввода ВЧ-энергии в плазму. Это позволяет

1Ь2

упростить систему охлаждения антенны, а также дает возможность использовать в качестве материалов антенны нержавеющую сталь или графит, которые наиболее приемлемы с точки зрения уменьшения поступления в плазму тяжелых примесей, но обладают низкой электропроводностью .

Формула изобретения

Антенное устройство для возбуждения медленных волн-в плазме, находящемся в магнитной ловушке, содержащее замедляющую структуру,подключенную к ВЧ-генератору, и электропроводящий экран, отличающееся тем,

что, с целью повышения эффективности возбуждения медленных кинетических волн в плазме, замедляющая структура

выполнена в виде взаимно параллельных проводников, расположенных в плоскости, параллельной границе плазмы, в магнитной ловушке между границей плазмы и экраном так, что каждый провод;ник перпендикулярен направлению магнитного поля в ловушке и соединен с экраном электропроводящими перемычками, расстояние между которыми меньше половины длины электромагнитной волны, причем перемычки соседних проводников смещены один относительно другой на расстояние, равное половине расстояния между перемычками проводника ,

Фиг-г