Способ получения бестоковой плазмы Советский патент 1982 года по МПК H05H1/00 G21B1/00 

iioro потока примесных частиц со стенок камеры, которые загрязняют нлазму. Получение нлазмы с одновременным ее нагревом нрнводит; к тому, что на периферии плазменного столба имеется значительное колнчество частиц высокой энергии. Это увеличивает газовый обмен со стенкой, что и является причиной повышения концентрации посторонних нримесей в плазме.

Целью изобретения является новышение плотности нлазмы н уменьшение концентрации нел елательных нримесей.

Эта цель достигается тем, что в известном снособе нолучення бестоковой нлазмы, основанном на имнульсном напуске нейтрального газа в нредварительно вакуумированную рабочую камеру и возбуждении высокочастотного поля в камере в течение времени, большего времени удержания энергии нлазмы в камере, первоначально нануск нейтрального газа производят до давлепия торр, затем возбуждают ВЧ-ноле и при достнл ении нлазмой критической нлотности, при которой возможно распространение электромагнитной волны во всем рабочем объеме камеры, ироизводят дополнительный нануск нейтрального газа.

Экспериментально момент критической плотности (ее можно рассчитать по днснерснонным зависимостям для данного тнна волны) определяется с номош,ью микроволнового интерферометра (в нашем случае нснользовался интерферометр Уортона с длиной волны А,8 мм) и высокочастотного зонда, расположенного вдали от антенны, регистрирующего начало распространения волны.

Таким образом, способ предусматривает осуществлять напуск газа в два этана. Это открывает возможность вначале установить оптимальное давление для осуществления электрического пробоя в газе, не заботясь о конечной плотности нлазмы. После создания с критической плотностью и распространения в ней электромагнитной волны осуществляют вторичный нануск газа, что н обеснечивает достижение в плазме высокой конечной нлотности.

Дополнительное ностунление газа в камеру в нроцессе разряда снижает количество высокоэнергетическнх частиц в прнстеночной области, взаимодействующих со стенкой камеры. В: результате этого получается более чистая НиТазма.

Способ поясняется временной диаграммой, представленной на чертеже.

Но вертикальпой оси диаграммы отложены количество нейтральных частиц Ло (соответствует сплошной линии) и плотность нлазмы Лв (соответствует нунктнрной лннин). По горизонтальной оси отложено текущее время t. В течение времени от момента /о до ti происходит первичный нануск пейтрального газа. Количество напускаемого газа должно быть таким, чтобы в ооъеме данной камеры реализ01 ать критическую нлотность .

В течение времени от до i в камере происходит установленне давления, оптимального для электрического пробоя. Когда опо достигнет величины 2-10 -510 торр, включают ВЧ-поле (момент временн tz), нод действием которого иопнзируется газ и создается плазма. Когда нлотность созданной плазмы возрастет до значения 10 -5-10 что соответствует моменту времени t, нроизводят вторичный пануск газа, причем напускают такое его количество, которое обеснечнло бы созданне расчетной конечной плотности. В момент времени прекращается подача газа, а в момент времени /5 выключается и ВЧ- ноле. После раснада нлазмы н установления исходного вакуума цикл новторяется.

В конкретном нримере .ествлення нредлагаемого, снособа нснользовалось возбуждаюн1,ее устройство щелевого тнна на рабочей частоте 19,25 Мгц на установке с тороидальной камерой. Газ напускают имнульсным клапаном, расположенным на расстоянин примерно 2 м от возбуждаюнгего устройства. Способ осуществлялся в следующей последовательности.

После достижения нредварительного разряжения (Ю торр) на время 100 мкс открывался газовый клапан, что на временной диаграмме соответствует временн о-/ь Прн этом напускалось количество газа, необходнмое для создания первоначальной нлотности см.

В течение примерно 3000 мкс носле закрытия клапана (от момента ti до /2) в объеме камеры происходит выравнивание давления н, когда оно в момент времени /2 достигалооптимальногозначения

3-10 торр, включался ВЧ-генератор.

В момент времени /з (примерно 100- 150 мкс носле /2), когда плотность созданной нлазмы достигала значения 2-10 см , что обеспечивало раснространепие электромагнитной волны во всем объеме камеры, вторично включался импульсный клапан. Вторнчный нануск газа осуществлялся в течение 100 мкс, что соответствует моменту 1я-4 на временной диаграмме. Количество вторично напускаемого газа обеспечивало конечную нлотность см, которая была достигнута примерно через 600 мкс носле включения ВЧ-генератора (носле моме 1та /з)

Необходимо отметнть, что нри H)ii.ieiieннн нредлагаемого снособа получается бестоковая плазма, не изменяюн1,ая конфигурацию внешнего магнитного ноля. Такнм образом новЕзПнается устойчивость нлазменного HHiypa в течение времени удержания энергии нлазмы в камере. При этом достигается высокая плотность нлазмы irpn

значительном снижении нежелательных примесей.

Иснользование предлагаемого способа для создания нлазмы на первой стадии разряда в установках типа токомак позволит ускорить переходной процесс формирования плазменного шнура, что способствовало бы -устранению неустойчивостей в стадии формирования нлазмы.

Применяя предлагаемый способ, напуск нейтрального газа в рабочую камеру производить в любом месте, не ограничиваясь пространством под возбуждающим устройством, что способствует более экономичному конструктивному решению установок и создает ряд удобств при проведении эксперимента.

Предлагаемый способ дает возможность готовить необходимую рабочую смесь газов непосредственно в камере, осуществляя регулируемый напуск различных газов через соответствуюнще клананы.

Формула изобретения

Способ получения бестоковой плазмы, основанный на импульсном напуске нейтрального газа в предварительно вакуумированную рабочую камеру и возбуждений высокочастотного поля в камере в течение времени большего, чем время удержания

энергии плазмы в камере, отличающийс я тем, что, с целью повышения плотности плазмы и уменьшения концентрации нел елательных примесей, проводят первоначальный напуск нейтрального газа до давления 2-Ю--5-10-5 Торр, затем возбуждают высокочастотное поле и при достпл ении плазмой критической плотности производят дополнительный напуск нейтрального газа.

Источники информации, нринятЕле во внимание при экснертизе

1.Proceedings of the 6-th International Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, v. II, p. 81 (Vienna 1977).

2.Proceedings of the 9-th European Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics V. 1, p. 5 (Okford 1979) (прототип).