Плазменный ускоритель Советский патент 1980 года по МПК H05H1/00 

1зобретение относится к устройствам получения вьюокоскоростной плазмы, широко применяющимся в сильноточной высоковольтной плазменной технике.при проектировании и эксплуатации устройств, обычно именуемых плазменными инжекторами, ускорителями или плазменными пушками. Известен плазменный ускфитель, состоящий из источника энергии, инжектора напуска рабочего газа и коаксиальных цилиндрических электродов. Однако такое устройство имеет низкую достижимую скорость плазмы, ограниченную эрозией материала электродов. Известен также плазменный ускоритель состоящий из источника энергии, инжектора напуска рабочего газа, коаксиальных электродов: центрального цилин ического и профилированного, состошцего из.,кон11ческой токоподводящей я ускоряющей частей Такое устройство также характериауе ся низкой скоростью плазмы, что вызвано ограничением допустимого рабочего тока через электроды (условие отсутствия эрозии) и допустимой длины зоны ускорения (условие отсутствия пробоя за сгустком плазмы). Целью изобретения является увеличение скорости плазмы. Поставленная цель достигается тем, что предусмотрен, по крайней, мере, один дополнительный профилированный элект род, расположенный эйвидистантно профилированному электроду ускорителя со стороны его выходного отверстия, причем ускоряющие части всех профилированных электродов выполнены в виде конуса, ускоряющая коническая часть предьщущего электрода частично охватьюается ускоряющей частью последующего электрода, а источники энергии подсоединены к каждой последовательной паре электродов. На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Ускоритель состоит из источника 1 энергии, инжектора 2 напуска рабочего газа, коаксиальных электродов: централь36иого цилиндрического 3 и профилированного 4, состоящего из конической токоподводящей части 5 и ускоряющей части 6. Дополнительные профилированные электроды 7 и 8 расположены эквидистантно профилированному электроду 4 ускорителя со стороны его выходного отверстия. Ускоряющие части 6 всех профилированных электродов выполнены в виде конуса, причем ускоряющая часть последующего элект рода частично охватьтает аналогичную часть предыдущего электрода. Каждая последовательная пара электродов подсоединена к источнику энергии 9 и 10. Устройство работает следующим обраПосле импульсного напуска рабочего газа инжекторсим 2 в ускоряющую область электрода 4 путем включения стартового разрядника 11 осуществляют разряд еМкостного накопителя 1 на электроды 3, 4 первой ступени ускорения. Происходит ионизация нейтрального газа, с ростом тока образуется сплошная плазменная оболочка с током, аккумулирующая при движении по ускоряющему конусу 6 содержащийся в нем нейтральный газ, К моменту выхода плазменной оболочки на торец электрода 4 она представляет собой KOiviпактный плазменный слой плотной ионизированной плазмы толщиной 1-3 см. Из электрода 4 ускоряемая плазма попадает в ускоряющий конус электрода 7, и в этот момент включают стартовый разрядник 12, подключая к электродам 4 и 7 емкостный накопитель 9, Начинается вторая ступень ускорения. Разрядный ток проходит по внешней пов ерхности электро-да 4, ускоряемой плазме 13 и внутренней поверхности электрода 7, Пока он невелик, ускорение плазменного слоя происходит током, вынесенным вместе с плазмой за пределы электродов 3, 4, Напряженяе и ток .электродов 4 и 7 регулируют в соответствии с выбранным режимом работы по соотношению, вьшеденному из уравнения движения токового слоя в предположении равенства скоростей обо почки и поступающей в нее энергии --0.,54.Vo, 46т где U -f - мгновенные значения напряжения и тока (в, А): JT1- масса ускоряемой плазмы t - погонная индуктовность канала ускорения (Г/м): 81 J Т - амплитуда и период колебаний разрядного тока (А, с): Ур - начальная скорость ускоряемой плазмы в межэлектрод- ном пространстве. Регулирование тока и напряжения раэряда по предложенному соотношению позволяет эффективно использовать всю длиьну ускорительного конуса электрода 7, а также приводит к более высокому КПД использования энергии емкостного накопителя. Аналогично вьпиеописанному вводят третью ступень ускорения, подключая к электродам 7-8 с помощью стартового разрядника 14 емкостный накопитель 1О и регулируя ток и напряжение разряда. По мере увеличенияСкорости ускоряемого плазменного слоя требования к емкостньпл накопителям возрастают, главным образом существенно увеличивается рабочее напряжение и скорость нарастания тока. Ниже приведен пример конкретного выполнения ускорительной ступени. Бели число частиц в усксряемом плаз- менном слое , что имеет место при длине ускорительного конуса первой ступени 150 мм, его среднем диаметре ЗО мм и начальном давлении рабочего газа после импульсного напуска 100 мм. рт. ст., то для дейтерия ускоряемая масса ,67.10 кг. Полагая t 3, Г/м, VQ 2-10 мс , -10 с, найдем, интегрируя уравнение движения токового слоя, что для получения на выходе ступени скорости 5 -Ю мс следует иметь амплитуду тоKav l, А, а регулировать ток и напряжение по приведенному соотношению так, чтобы соблюдалось неравенство 3,2-10 т ДЮ Это значит, что в конце ускорения напряжение на электродах доттжно быть 65 кВ, а длина ускоряющего конуса, определенная с помощью уравнения движения, составляет 50 см. Формула изобретения Плазменный ускоритель, состоящий из источника энергии, инжектора напуска рабочего газа, коаксиальных электродов: центрального цилиндрического и профилированного, состоящего из конической токоподводящей и ускоряющей частей, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости плазмы, предусмотрен по крайней мере один дополнительный профилированный электрод, расположенный

эквидистантно ггрофипированному электроду ускорйтепя со стороны его выходного отверстия, причем ускоряющие части всех профилированных электродов выполнены в виде конуса, ускоряющая коническая часть

предыдущего электрода частично охваты вается ускоряющей частью последующего электрода, а источники энергии полсоединены к каждой последовательной паре электродов.