Изобретение относится к устройствам для получения и инжекции плазма, именуеилм обычно плазменными инжекторами или плазменными пушками.
Известны импульсные плазменные инжекторы, в которых наиболее часто используется электродная система в виде двух коаксиапьно расположенных цилиндрических электродов. Внутренний и наружный электроды имеют одинаковую длину на всем пути ускорения от отверстий напуска газа, т.е. места начашьного пробЬя, до выхода в плазмовод. Обычно диаметр внутреннего электрода авен 2-5 см, наружного 5-10, см, длина 6-60 см. После импулвсного напУска газа в межэлектродное пространство, предварительно откаченное до глубокого вакуума, и подачи напряжения на электроды происходит пробой первоначально в виде нескольких каналов. Образукхцийся токовый слой с канальной структурой при соблкщ ении некоторых условий, а именно величины и профилей давления рабочего газа в межэлектродном пространстве, величины и скорости нарастания разрядного тока, переходит п сплошной, т.е. с однородным распределением тока в скин-слое. При этбм резко улучшаются условия ионизации, захвата и ускорения плазмы. При движении токового слоя вдоль электродов плазма загрязняется примесями, появляющимися в результате испарения электродов из-за привязок относительно неподвижных каналов с высокой плотностью тока. Поэтому
0 попытки повышения разрядных токов и ускорягацих магнитных полей в таких конструкциях не дали положительных результатов и привели лишь к увеличению эрозии электродов.
5
Цель изобретения - разработка электродной систекы инжектора, которая позволила бы существенно увеличить ускоряющие магнитные поля до величин,, определяемых предельно допустимы0Ут деформациями материала электродов, например 500 кЭ - для латули и 1000 кЭ -.для тантала; исключить центргшьный электрод из области ускорения и тем самым избавиться
5 от примесей, поступаюсдих в плазму в результате его эрозии; работать при давлениях рабочего газа в межэлектродном пространства перед пробоем порядка атмосферного и выше; стабильно формировать сплошной токовый порц-ень за времена порядка 0,1 част периода тока в Контуре. Предлагаемый инжектор отличается тем, что внешний электрод выполнен в виде конуса, переходящего в цилин а внутренний - в виде стержня, расГ7Оложенного на его оси только в пре делах конуса. Размеры межэлектродно го зазора вблизи торца внутреннего электрода обеспечивают плотность то ка в зазоре не меньше при ам1литудах тока в сотни килоаг-теров кА, а длина; цилиндрической части внешнего электрода не меньше расстояния, на которое токовый слой см щается к моменту образования сплошного токового поршня, и не больше расстояния, на которое он смещается к моменту достижения магнитным полем величины 200-300 кЭ у внешнего электрода. С целью устранения металла из зо ны наивысших плотностей тока стержневой электрод целесообразно выполнять полым. Диаметр основания конической час ти внешнего электрода гарантирует электрическую прочность по изоляции и пробой у торца стержневого электр да высота конической части выбрана минимальной для Мбньшен.ия паразитной индуктивности и в то же время достаточной для предотвращения эрозии изоляции при наличии излучения, и ударных волн, приходящих из разрядйой зоны. , в инжекторах, известных как пушки Маршалла,полезно используемое количество рабочего гаЗа не превышает 50-10 г, применяемый ток не выше 100-150 кА к максимальные магнитные поля у внешнего электрода порядка 10 кЭ. Инжектор же предлагаемой конструк ции с внутренним электродом диаметром 4 мм, цилиндрической частью диаметром и длиной соответственно 12 и 50 мм позволяет разогнать массу рабочего газа 6, до скорости при амплитудном значении тока 600 кл и среднем значении ускоряющего магнитного поля 400 кЭ за время 3 МКС при периоде тока в контуре 12 МКС, На чертеже изображена электродная- схема инжектора. Внешний электрод 1 выполнен в виде конуса, переходящего в цилиндр. В пределах конической части на оси расположен стержневой внутренний электрод 2, торец которого в цили«лрическую часть не заходит. В стержне имеется цилиндрический канал, куда давлением магнитного поля выбрасывается металл из зоны наивысшей плотности тока у торца внутреннего электрода. В принтхипе канал может быть сквозным,- однако следует иметь в виду, что чем он длиннее, тем больше паразитная индуктивность электродной системы. Коническая часть, являющаяся токояроводом, одновременно служит для отдаления от изоляции места начального пробоя с целью предотвращения испарения изоляции и загрязнения ею разрядной плазмы. Однако ее не следует делать чрезмерно большой из-за нарастания паразитной индуктивности цепи.. Щ1линдрическая часть,находящаяся, в области формирования сплошного токового поршня, предотвращает боковое расширение тока и повышение плотности тока во фронте. Она позволяет сформировать токовый слой с плотностью тока порядка 10 А/см , при которой плазменный поршень становится сплошным, что обеспечивает наиболее полйыд захват гаэа. Длина её поэтому не может быть меньшей той, при которой обеспечивается требуемая сплошность фронта плазмы, С другой стороны, она не может быть чрезмерно большой из-за ухода горячих частиц на внесший электрод и образование в тылу так называеьгах привязок - шунтирующих перемычек, замыкающих на себя часть тока за счет уменьшения тока во фронте. Этот нежелательный эффект, как показал эксперимент, снижается в полях 200300 кЭ. Поэтому для устойчивого движения струи необходимо, чтобы ее выход за пределы сопла при ускорении токами выноса происходил , при полях не ниже указанной величины. Место перехода конической части в цилиндрическую задает область начального пробоя при давлениях рабочего газа в межэлектродном пространстве выше 100 Торр. Зазор между торцом внутреннего электрода и внешним электродом должен обеспечивать плотность тока в зазоре не меньше ам- . плитудах тока в сотни килoa mep для образования сплошного токового поршня.. После подачи напряжения на электроды и пробоя ток протекает в нескольких каналах. По мере роста тока число каналов увеличивается, пока токовый фронт не станет сплсянным. В сравнении с пушкой Маршалла в сильных ускоряю1дих магнитных полях ;корость токовых привязок растет и эрозия внешнего электрода уменьшается. Будучи плазменным продолжением стержневого электрода, токОвый шнур, сжимаемый магнитным полем HV, может быть меньше металлических электродов, : плотность тока в которых ограничена пределом, при котором взры-
