Способ импульсногоускорения плазмы Советский патент 1980 года по МПК H05H1/00 

(54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО УСКОРЕНИЯ ПЛАЗМЫ

1

Предлагаемое изобретение -относится к плазменной, технике и может быть использовано в исследованиях по физике плазмы, и нейтронной физике, термоядерных исследованиях и в ряде технологических процессов,-, связанных с легированием и обработкой материалов.

Известны способы электродинамического импульсного ускорения плазмы заключающиеся в вводе рабочего вещества (обычно газа) в пространство между электродами специальной формы и включении импульсного сильноточного разряда между электродами через введенное рабочее вещество. При таком разряде вещество ионизируется, превраицаясь в плазму, а взаимодействие между ТОКОМ разряда через плазму и магнитным полем тока через электроды приводит к ускорению образовавшейся плазмы i .

Однако образование плазмы посредством пробойного процесса в условиях контакта ускоряемого плазменного сгустка с электродами, эрозия электродов, наличие большой доли нейтрашьного компонента при этих способах ускорения приводят к возникновению сил сопротивления движению плазмы.

развитию в ней неустойчивостей и загрязнению что не позволяет эффективно и стабильно ускорять плотные однородные плазменные сгустки с большим количеством ионов до высоких скоростей. -Максимальная скорость, достигаемая при использовании этих способов, не превышает 10® см/с, при ЭТОМ лишь часть ионов летит с макси0мальной скоростью, а весь диапазо н

скоростей ионов составляет 10 т 1(гсм/с.

ближайшим по Технической сущнос-ти является способ импульсного ускорения плазмы, включакмций генерацию

5 плазменного сгустка и синхронную подачу импульса тока через одновитковую катушку возбуждения магнитного поля, электрически изолированную .от сгустка 2.

0 По известдому способу плазменный сгусток генерируют в вакуумном объеме посредством индуцированного разряда по поверхности твердой пгайбы с рабочим веществом и проведения импульсного разряда тока кольцевой конфигурации, который индуцирует разряд по поверхности и в ма-гнитном поле которого находится плазменный сгусток, электрически изолированный от кольцевого разряда тока. Такой- способ

позволяет получить и ускорить достаточно однородные в поперечном сечении плазменные сгустки с концентрацией 10 т см и полным числом ионов до . Достигнутая максимальная скорость плазмы не превышает 5-10 см/с , а средняя - 2 10 см/с Дальнешеее повышение скорости тре(бует существенного увеличения параметров разряда, что снижает КПД процесса ускорения из-за недостаточной эффективности .передачи знергии разряда плазме.

Целью изобретения .является повышение скорости сгустка и КЦД ускоре ния.

Эта цель достигается тем, что плазменный сгусток генерируют кольцевой формы взаимодействием лазерного импульсного излучения с поверхностью мишени, причем параметры излучения выбирают из условия: Ю с t 10-®с, 10 C{,2 1о1 где 4 длительность импульса,с; а - плотность мощности излучения на поверхности мишени, -.длина волны лазерного излучения, м.

.Известно, что для эффективного ускорения необходимо, чтобы время образования и ускорения сгустка было меньше времени проникновения магнитного поля разрядного тока через вито в плазму (t) ).

При воздействии мощного лазер- . ного излучения с упомянутыми параметрами реализуется наивысший среди известных способов удельный энерговклад в единицу времени в облучаемую область мишени. Это позволяет получить высокоионизированный плотный плазменный сгусток с временем эмиссии плазмы с мишени -у с.

В предлагаемом способе синхронно с обра.зованием такого плазменного сгустка в форме кольца проводят сильноточный разряд также кольцевой конфигурации через-одновитковую катушку, установленную соосно образующемуся плазменному кольцу и электрически изолированную от него. Это приводит к импульсному ускорению кольцевого плазменного сгустка в сторону, противоположную от кольцевого разрядного контура, на длине порядка диаметра кольца.

возможность реализации короткого времени эмиссии пЛазмы при высоких значениях плотности плазмы ( см ) и ее электронной температуры 7- 100 эВ) при указанных параметрах излучения позволяет уско рить сгусток за время, не превышающее РМ .

Образование плазменного сгустка в виде кольца с высоким значением Tg и высокой направленностью разлет лазерной плазмы дает возможность более эффективно и однородно ускорить плазму индукционным способом, т.е.

получить более моноэнергетичный сгусток. Путем изменения условий фокусировки можно изменять размеры плазменного кольца и варьировать параметры ускорения.. Малая длительность процесса уркорения при высоких значениях hg и TPft сводят к минимуму тепловые потери индуцируемого в плазменном кольце тока. Кроме того, в этом случае не успевают развиться мешающие процессу плазменные неустойчивости различных типов, например бунемановская,.

Характерная особенность лазерного образования и нагрева плазменного

сгустка - высокая эффективность поглощения излучения плазмы. Такая экра нировка от излучения поверхности мишени и быстрый начальный разлет плазмы в предлагаемом способе

уменьшают потери энергии на тепловой . разогрев всей мишени. Этот факт в сочетании с использованием сплсяиной толстой мишени из рабочего вещества позволяет более чем на два порядка

У. ресурс плазменного инжектора.

Описанные преимущества предлагаемого способа- позволяют ускорять плазменные сгустки, содержащие jy 10

ионов рабочего вещества до скорости

If 10®см/с, при высокой степени моноэнергетичности. При этом размер зоны ускорения, определяемый размером разрядного витка катушки, может не превышать 10 см, а длительность

плазменного сгустка - i 10 с, что дает возможность реализовать эффективный малогабаритный плазменный инжектор с высокой плотностью потока плазмы.

Формула изобретения

Способ импульсного ускорения плазмы, включающий генерацию плазменного сгустка в вакуумном объеме на поверхности твердой мишени и синхронную, подачу импульса тока через одно-, витковую катушку возбуждения магнитного поля, электрически изолированную

0 от сгустка, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости сгустка и КПД ускорения, плазменный сгусток генерируют кольцевой формы взаимодействием лазерного импульсяо5 го излучения с поверхностью мишени, причем параметры излучения выбирают из условий:

re

Г9

4 t 6 lo10

10 f ±0,де t - длительность импульса, с, а - плотность мощности излучения на поверхности мишени, Вт/м, Л - длина волны лазерного излучения, м.

5689500 6

Источники информации,2. Иванов Н.В. и др. Индукционный

принятые во внимание при экспертизетитановый пленочно-гибридный инжектор.

ческое ускорение плазмы, М., Атомиэ-вып. 12, 1971, с. 2631-2633 (протодвт, 1971, с. 198. тип).