СПОСОБ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ПЛАЗМЕННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ)

Изобретение относится к наукоемкой технологии и может быть применено для плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.

Известен плазменный источник проникающего излучения (см., например, патент США №6297594, М. Кл. Н05Н 1/46, публ. 2001), выполненный в виде плазменной разрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды. Электроды разрядной камеры известного плазменного источника выполняются цилиндрическими или плоскими. При определенных условиях разряда, когда осуществляется кумуляция прямого Z-пинча, из разрядной камеры может быть получен нейтронный выход до 3·10¹⁰ нейтронов в импульсе при длительности импульса около 0,2 мкс.

Известный источник характеризуется недостаточным удельным выходом излучения на единицу затраченной энергии и небольшим ресурсом работы (10-100 кумуляции Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений). Кроме того, известный источник обладает значительными размерами, затрудняющими в ряде случаев его использование.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принят плазменный источник проникающего излучения (см. патент РФ №347006, кл. Н05Н 1/06, 1970 г. ), состоящий из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и источника электрического питания. Газоразрядная камера состоит из изолятора, выполненного из алунда, и газоразрядных электродов в виде коаксиально расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейной образующей, ввод внутреннего электрода имеет диаметр, меньший диаметра рабочей части электрода.

Известный источник характеризуется небольшим ресурсом работы (10-100 кумуляции Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений).

Предлагаемое изобретение направлено на увеличение ресурса плазменного излучателя.

Для увеличения ресурса предлагается способ излучения электромагнитной энергии и плазмы, заключающийся в том, что плазма образуется с помощью энергии емкостной камеры, которая переходит в разрядную камеру. Электрический разряд среды, например воздуха, находящейся в разрядной камере, происходит за счет уменьшения расстояния между обкладками конденсатора, образующего емкостную камеру. Воздух в разрядную камеру поступает под регулируемым давлением из воздушной камеры. При пробое воздуха образуется плазменная дуга. Количество образованной плазмы зависит от скорости поступления в разрядную камеру воздуха, количества электрической энергии, накопленной емкостной камерой, и частоты источника энергии, питающей емкостную камеру. Вместо воздуха в разрядную камеру можно подавать измельченные фракции металлов, диэлектриков и т.д., это позволит получать плазму с требуемыми свойствами, что значительно расширит диапазон использования изобретения. Для увеличения энергии емкостной камеры, а значит для увеличения производительности образования плазмы параллельно емкостной камере подключается накопительная емкость. При действии на образовавшуюся плазму линейными электромагнитными полями (см., например, заявку №2012136799, опубликованную 20.05.2013, бюл. №14) происходит ее линейный выброс вдоль оси распространения электрической энергии, при этом частоты электрических и магнитных полей должны быть равны и совпадать по фазе. С целью уплотнения излучаемой энергии дополнительно одновременно излучается высокочастотная магнитная энергия, для чего может быть использован преобразователь частоты (см. заявку №2014102132, опубликованную 20.08.2014, бюл. №23).

Физика процесса линейного излучения энергии поясняется временными диаграммами фиг. 4, где на а) показано подаваемое напряжение на катушки индуктивности, б) - излучающее суммарное поле двух катушек, в) - излучающее суммарное низкочастотное и высокочастотное поля двух пар катушек, из которых одна пара излучает низкочастотное поле, например, 50 Гц (длина волны 3 т.км), другая пара излучает высокочастотное поле с длиной волны, например, 1 м. Вектор напряженности диаграмм, направленный по оси излучения, складывается с вектором напряженности электрического поля емкостной камеры. Этот суммарный вектор направлен под углом в сторону оси излучения, повышая плотность излучающей энергии. Это поле, проходя через плазму, захватывает ее и уплотняет, создавая искусственный провод. Кроме того, в плазме индуктируются от полей токи, протекающие по всей длине низкочастотной волны. Если разбить плазменный жгут на отдельные проводники, то получаем силу, с которой эти проводники притягиваются (см. X. Кухлинг, справочник по физике, Москва (мир) 1982, стр. 349). Из сказанного следует, что, также как электромагнитная энергия, тепловая энергия накапливается в теплоэлектромагнитном жгуте и, имея одну степень свободы, имеет бесконечное, пока не встретит препятствие, движение в сторону оси излучения и тепловая энергия из-за своей инерционности не может расходоваться на нагрев окружающей среды (воздуха), тем более вакуума. Регулирование площади поперечного сечения излучения и дальности может осуществляться путем изменения направлений векторов электрического и суммарного магнитных полей, а также изменением плотности излучаемой электромагнитной энергии (вектора Пойтинга).

На фиг. 1, 2, 3 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. Оно содержит конденсаторные пластины 1 и 2, образующие емкостную камеру 11. Емкостная камера 11 переходит в разрядную камеру 12, которая посредством отверстий 8 сообщается с воздушной камерой 7. В емкостной камере расположены катушки индуктивности 3, 4, 5, 6, пара из которых 5 и 6 имеет гибкий замкнутый магнитопровод 7, выполненный из электротехнической стали, например, в виде троса. Катушка индуктивности 5 мотается на магнитопровод и имеет правую обмотку, другая катушка 6 имеет левую обмотку. Магнитопровод катушек имеет круговую одностороннюю обмотку, симметричную излучающей оси. Емкостная камера совместно с катушками 5 и 6 питаются от источника энергии 10, напряжение которого с целью исключения возврата энергии в источник имеет выпрямленную, например синусоидальную или импульсную, форму. От источника энергии 10 через преобразователь частоты 9 питается вторая пара катушек 3 и 4. К емкостной камере с целью увеличения ее энергии параллельно ей подключается дополнительный конденсатор.

Работа устройства заключается в том, что при подаче напряжения на излучающие катушки и конденсаторы образуется в соответствии фиг. 4в) суммарное магнитное поле, которое корректируется электрическим полем емкостной камерой. Суммарное электромагнитное поле при выходе из устройства, проходя разрядную камеру, захватывает плазму и суммарная энергия плазмы и электромагнитная излучается в пространство.

Предлагаемое изобретение может широко использоваться в народном хозяйстве, например при художественном оформлении станций метро, фасадов домов, а также в промышленности, например при сварке и резке материалов, уплотнении поверхностного слоя деталей как токопроводящих, так и не токопроводящих и пр. Может послужить альтернативным вариантом гальванического производства, что позволит значительно улучшить его экологию, повысить качество и производительность и, как следствие, снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Использование изобретения в военном деле позволит уничтожать материальные объекты как в воздухе, так и на земле (воде).