×
04.07.2020
220.018.2f4b

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Z-ПИНЧА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к плазменной технике, и в частности к способам получения стабилизированной высокотемпературной плазмы, и может быть применено для построения импульсно–периодического термоядерного реактора, тепловых генераторов, а также источников импульсного нейтронного, рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Технический результат - расширение арсенала способов и устройств для получения стабилизированной высокотемпературной плазмы. В способе получения стабилизированной высокотемпературной плазмы, в котором два металлических электрода располагают с зазором, где создают импульс продольного магнитного поля, а также в течение времени действия указанного импульса магнитного поля создают импульс продольного электрического поля, с помощью которого формируют в зазоре шнур ионизированной плазмы, причем ток в нем создает магнитное поле, обеспечивающее сжатие плазменного шнура за счет эффекта импульсного z-пинча. В устройстве для получения стабилизированной высокотемпературной плазмы, которое содержит импульсный источник энергии, формирователь импульса и плазменную камеру с осесимметричными электродами, причем электроды расположены с зазором на одной оси внутри плазменной камеры, а устройство также содержит соленоид и блок управления магнитным полем, выполненные с возможностью создания в зазоре импульса продольного магнитного поля, при этом импульсный источник энергии и формирователь импульса выполнены с возможностью создания в зазоре импульса продольного электрического поля, формирующего в зазоре шнур полностью ионизированной плазмы, величина тока в котором обеспечивает сжатие плазменного шнура за счет эффекта импульсного z-пинча, причем формирователь продольного импульса электрического поля синхронизован с блоком управления магнитным полем, с возможностью обеспечения формирования импульса продольного импульса электрического поля во время действия в зазоре импульса магнитного поля, сформированного с помощью соленоида и блока управления магнитным полем. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к плазменной технике, и в частности к способам получения стабилизированной высокотемпературной плазмы, и может быть применено для построения импульсно–периодического термоядерного реактора, тепловых генераторов, а также источников импульсного нейтронного, рентгеновского и ультрафиолетового излучения.

Известно устройство для получения высокотемпературной плазмы по Патенту РФ №2408171 (опубликован 27.12.2010), которое содержит импульсный источник начальной энергии, основной импульсный источник энергии, формирователь импульса и плазменную камеру с осесимметричными наружным и внутренним электродами и кольцевым зазором между ними в виде сопла Лаваля, а также обжимающую токопроводящую оболочку обеспечивающую изоляцию стенок камеры создаваемым ею полоидальным магнитным полем.

Техническим результатом, на получение которого направлена группа изобретений, является расширение арсенала способов и устройств для получения стабилизированной высокотемпературной плазмы.

Технический результат достигается в способе получения стабилизированной высокотемпературной плазмы, в котором два металлических электрода располагают с зазором где, создают импульс продольного магнитного поля, а также в течение времени действия указанного импульса магнитного поля создают импульс продольного электрического поля, с помощью которого формируют в зазоре шнур ионизированной плазмы, причем ток в нем создает магнитное поле, обеспечивающее сжатие плазменного шнура за счет эффекта импульсного z-пинча.

Предпочтительно в зазоре создают шнур полностью ионизованной плазмы.

Предпочтительно чтобы импульсное продольное магнитное поле в зазоре создают однородным.

Предпочтительно металлические электроды изготавливают осесимметричными и располагают на одной оси.

В одном из вариантов выполнения шнур ионизированной плазмы формируют за счет искрового разряда.

Предпочтительно шнур ионизированной плазмы формируют за счет искрового разряда в газовой среде с давлением в диапазоне 1х105Па – 2х106Па.

Предпочтительно создают импульс продольного магнитного поля с амплитудой превышающей амплитуду собственного магнитного поля разряда.

Предпочтительно электроды изготавливают из Al и/или Cu и/или Fe.

Предпочтительно импульс продольного магнитного поля в зазоре создают длительностью в диапазоне от 300 до 600 мкс.

Предпочтительно импульс продольного магнитного поля в зазоре создают с амплитудой в диапазоне от 1,5х107А/м до 4х107А/м.

Предпочтительно импульс продольного электрического поля в зазоре создают с длительностью в диапазоне от 20 до 50 мкс.

Предпочтительно импульс продольного электрического поля в зазоре создают вблизи момента достижения максимума импульса продольного магнитного поля.

Предпочтительно импульс продольного электрического поля в зазоре создают с амплитудой в диапазоне от 2х106 В/м до 7х106 В/м и передним фронтом длительностью не более чем 10 нс.

В одном из вариантов исполнения процесс получения стабилизированной высокотемпературной плазмы осуществляется в импульсно-периодическом режиме с временными промежутками между импульсами в диапазоне 2 – 5 с.

Технический результат достигается также в устройстве для получения стабилизированной высокотемпературной плазмы, которое содержит импульсный источник энергии, формирователь импульса и плазменную камеру с осесимметричными электродами, причем электроды расположены с зазором на одной оси внутри плазменной камеры, а устройство также содержит соленоид, и блок управления магнитным полем, выполненные с возможностью создания в зазоре импульса продольного магнитного поля, при этом импульсный источник энергии и формирователь импульса, выполнены с возможностью создания в зазоре импульса продольного электрического поля, формирующего в зазоре шнур полностью ионизированной плазмы, величина тока в котором обеспечивает сжатие плазменного шнура за счет эффекта импульсного z-пинча, причем формирователь продольного импульса электрического поля синхронизован с блоком управления магнитным полем, с возможностью обеспечения формирования импульса продольного импульса электрического поля во время действия в зазоре импульса магнитного поля, сформированного с помощью соленоида и блока управления магнитным полем.

Предпочтительно выполнение зазора между двумя металлическими электродами шириной 1 – 10 мм.

Предпочтительно выполнение металлических электродов в форме полусферических электродов Роговского.

Предпочтительно выполнение электродов из Al и/или Cu и/или Fe.

Предпочтительно выполнение соленоида, и блока управления магнитным полем, с возможностью создания в зазоре импульсного продольного магнитного поля длительностью в диапазоне от 300 до 600 мкс.

Предпочтительно выполнение соленоида, и блока управления магнитным полем, с возможностью создания импульсного продольного магнитного поля с амплитудой в диапазоне от 1,5х107А/м до 4х107А/м.

Предпочтительно выполнение импульсного источника энергии и формирователя импульса с возможностью создания в зазоре импульсного электрического поля с длительностью в диапазоне от 20 до 50 мкс.

Предпочтительно выполнение импульсного источника энергии и формирователя импульса с возможностью создания в зазоре импульсного электрического поля амплитудой в диапазоне от 2х106 В/м до 7х106 В/м и передним фронтом длительностью не более чем 10 нс.

Предпочтительно выполнение импульсного источника энергии и формирователя импульса с возможностью создания импульсного электрического поля вблизи момента достижения максимума импульса продольного магнитного поля.

В одном из вариантов исполнения устройства, оно выполнено с возможностью работы в импульсно-периодическом режиме с временными промежутками между импульсами продольного магнитного поля в диапазоне 2 – 5 с.

Предпочтительно выполнение плазменной камеры с возможностью заполнения газом под давлением 1х105Па – 2х106Па.

Предпочтительно выполнение плазменной камеры с возможностью освещения зазора ультрафиолетовым светом от дополнительного искрового разрядника.

Осуществление способа и работа устройства иллюстрируется рисунками на фиг.1 – фиг. 4.

На фиг. 1 приведена схема плазменной камеры с соленоидом и электродами: 1 – межвитковая текстолитовая изоляция, 2 –соленоид из бериллиевой бронзы, 3 – изоляция для вакуумного уплотнения электродов, 4 – зажимающая на резьбе эбонитовая втулка, 5 – стальной корпус камеры, 6 – текстолитовый кожух соленоида, 7 – катод, 8 – стальной бандаж соленоида, 9 – симметрично расположенные кварцевые окошки для освещения зазора ультрафиолетовым светом от дополнительного искрового разрядника, 10 – колпачки, регулирующие межэлектродное расстояние, 11 – зазор между электродами, 12 - анод.

На фиг.2 приведена осциллограмма импульса магнитного поля соленоида в зазоре с меткой, соответствующей импульсу тока в зазоре между электродами. Длительность импульса магнитного поля 500 мкс, длительность импульса электрического поля плазменного разряда 50 мкс.

На фиг.3 показано распределение магнитного поля по оси зазора 11 между электродами 12 и 7 шириной 3 мм.

На фиг. 4 представлена схема устройства, где 2 – соленоид из бериллиевой бронзы, 12 – анод, 7 – катод, 13 – шнур ионизированной плазмы, 14 – силовые линии радиального магнитного поля, создаваемого в зазоре 11 током шнура ионизированной плазмы 13 за счет эффекта импульсного z-пинча; 15 –силовые линии продольного магнитного поля, создаваемого соленоидом 2. 16 – дополнительный искровой разрядник соленоида, 17 – конденсатор питания соленоида 2, 18 – конденсаторы создающие ток в шнуре ионизированной плазмы 14 в зазоре 11 между электродами 12 и 7, 19 – плазменная камера, 20 – дополнительный искровой разрядник питания электродов 12 и 7.

Способ и устройство реализуются в конструкции, которая содержит плазменную камеру 19, в стальном корпусе 5 которой, размещен соленоид 2, витки которого изолированы межвитковой текстолитовой изоляцией 1, а по оси соленоида 2 расположены осесимметричные анод 12 и катод 7, выполненные из Al в форме полусферических электродов Роговского, зазор 11 между ними регулируется с помощью колпачков 10 вращающихся по резьбе на втулке 4 и составляет 3 мм. Соленоид изолирован с помощью текстолитового кожуха 6 от стального бандажа 8 соленоида 2, при этом в кожухе 6 и бандаже 8 выполнены каналы, а в корпусе 5 выполнены кварцевые окошки 9 для изучения развития искрового канала в зазоре 11 между электродами 12 и 7. С целью обеспечения поддержания в плазменной камере 19 давления 1х105Па – 2х106Па вводы электродов 12 и 7 изолированы с помощью вакуумных уплотнителей 3. Катод 7 заземлен. На анод 12 через дополнительный вакуумный разрядник 20 подключены конденсаторы 18 создающие ток в шнуре ионизированной плазмы 14 в зазоре 11 между электродами 12 и 7. Конденсаторы 18 и дополнительный вакуумный разрядник 20 образуют импульсный источник энергии, а формирователем импульса выступает собственная индуктивность разрядной цепи в режиме короткого замыкания разрядника 20, при разряде конденсаторов 18 через сопротивление плазменного шнура 13 между электродами 12 и 7. В качестве блока управления магнитным полем в устройстве используется конденсатор 17, разряжаемый на соленоид 2 через дополнительный искровой разрядник 16. При этом соленоид 2 создает в зазоре 11 импульс продольного магнитного поля 15, а ток в плазменном шнуре 13 создает в зазоре 11 радиальное магнитное поле 14, обеспечивая самосжимание плазменного шнура 13 за счет эффекта импульсного z-пинча. Формирователь продольного импульса электрического поля с помощью внешней схемы, не показанной на рисунках, синхронизован с блоком управления магнитным полем, и обеспечивает формирование продольного импульса электрического поля во время действия в зазоре импульса магнитного поля, сформированного с помощью соленоида 2 и блока управления магнитным полем.

Устройство работает при осуществлении способа следующим образом. Плазменная камера 19 откачивают и наполняют аргоном до давления 3х105 Па. Конденсаторы 18 предварительно заряжают до U0. Конденсатор 17 емкостью 1800 мкФ предварительно заряжают до напряжения 5 кВ. Начальную концентрацию ~1013 – 1014м-3 электронов в зазоре 11 создают за счет предварительной ионизации газа облучением ультрафиолетовым излучением искры подсветки (не показана на рисунках), которая расположена в плазменной камере 19 сбоку на расстоянии 6 см от оси электродов 12 и 7. Продолжительность светового импульса подсветки составляет 600 нс. Через 100 - 150 нс после подсветки запускают разрядник 16 и конденсатор 17 разряжают через соленоид 2, индуктивность которого составляла 5·10-6 Гн, за время 600 мкс. При этом в соленоиде 2 создается импульс продольного магнитного поля с напряженностью в максимуме 1,6х107А/м. Распределение поля внутри зазора 11 изменяется вблизи электродов 12, 7 и показано на фиг.3 Еще через 200 мкс запускают разрядник 20 и конденсаторы 18 разряжают через зазор 11, в котором формируется искровой канал. Осциллограмма импульса магнитного поля соленоида 2 в зазоре 11 с меткой, соответствующей импульсу тока в зазоре 11 между электродами 12 и 7 показана на фиг.2.

Функции термоизоляции и нагревания плазмы выполняются за счет собственных и внешних магнитных полей, и кратковременный импульс тока, который разряжается через газ во внешнем сильном продольном магнитном поле до 500 кЭ. За счет взаимодействия тока с собственным радиальным магнитным полем (~100 кЭ) в сочетании с одновременным внешним продольным сильным магнитным полем (~500 кЭ) происходит сжатие плазменного шнура к оси разряда. Взрывообразное расширение искрового канала, сгущая линии магнитного поля на катодных и анодных пятнах уменьшают его по центру в плазме искрового канала, тем самым создавая магнитную ловушку (пробкотрон). Плазма, оказывается отделенной от стенок сосуда собственным и внешним магнитными полями и нагревается за счет работы сил сжатия и джоулева тепла в течение 50 мкс.

В таблице 1 даны, рассчитанные по вольтамперным характеристикам значения напряженности магнитного поля плазменного шнура 14 Нкан, соленоида 2 Hсолен, и результирующая Нрез, тепловая скорость электронов V, ларморовский радиус, период ларморовской орбиты Т, частота ларморовской процессии н и длина волны бетатронного излучения л.

В таблице 2 приведены экспериментальные данные напряжения U(t), тока I(t), и радиуса искрового канала r(t), а так же вычисленные по формулам значения удельной проводимости сопротивления искрового канала температуры электронов температуры по Джоулеву нагреву ТДж, плотности тока и мощности, вкладываемой в разряд в аргоне при значениях напряженности продольного магнитного поля Н=1,6х107 А/м, прикладываемого напряжения пробоя Uпр=6,65 кВ, d=0,003 м, и напряжении статического пробоя Uст=4.5 кВ, р=3х105 Па, L~10-8 Гн, С=10-6 Ф. Температура электронов плазменного шнура в период времени 213–300 нс, отсчитываемого от переднего фронта импульса напряжения подаваемого на разрядный промежуток, превышает 106 К, превышая в максимуме 1,4х106 К, т.е. плазма становится высокотемпературной.

Таким образом, достигаются технические результаты группы изобретений. Реализована возможность получения высокотемпературной плазмы в заявленном устройстве, заявленным способом.


СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Z-ПИНЧА
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Z-ПИНЧА
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Z-ПИНЧА
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Z-ПИНЧА
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Z-ПИНЧА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 23 items.
20.04.2013
№216.012.357c

Устройство для тактильного исследования плотности ткани при эндоскопическом обследовании

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к практике и технике эндоскопии органов человека. Устройство для тактильного исследования плотности ткани при эндоскопическом обследовании содержит эндоскоп с датчиками плотности ткани, причем датчиками плотности ткани являются датчики...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479245
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.06.2013
№216.012.5058

Способ получения материалов на основе y(ваве)cuo

Изобретение относится к способу получения материалов на основе сложного оксида Y(BaBe)CuO с широким спектром электрических свойств от высокотемпературных сверхпроводников до полупроводников, которые могут быть использованы в микроэлектронике; электротехнике; энергетике, например для получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486161
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.07.2013
№216.012.58c2

Устройство тактильного дисплея для исследования плотности ткани

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к практике и технике эндоскопии различных органов человека. Устройство тактильного дисплея для исследования плотности ткани содержит эндоскоп с датчиками плотности ткани, причем датчиками плотности ткани являются датчики давления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488343
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.12.2013
№216.012.8785

Устройство автоматической коррекции установки взора человека при визуальном управлении движением в условиях микрогравитации

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство содержит автономный блок питания, блок обработки и формирования сигналов управления, снабженный устройством сопряжения с компьютером и связанный с датчиками ориентации и электродным блоком. Электродный блок состоит из двух групп...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500375
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.05.2014
№216.012.c244

Адаптивное устройство для исследования упругости биологической ткани при эндоскопическом обследовании

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, в частности к эндоскопическим устройствам для исследования упругости биологических тканей. Устройство содержит эндоскоп с датчиками упругости ткани, являющимися датчиками давления, и компьютер для регистрации давления в камере и упругости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515481
Дата охранного документа: 10.05.2014
27.11.2014
№216.013.0afb

Способ определения аномальной дисперсии

Изобретение относится к способам регистрации аномальной дисперсии неоднородного протяженного плазменного столба и может быть использовано в спектроскопии в неоднородных газовых и плазменных средах, в лазерной спектроскопии и в спектральном анализе газообразных веществ. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534219
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.04.2015
№216.013.3fd1

Способ фазовой модуляции световой волны

Изобретение относится к области оптической спектроскопии и может быть применено при разработке новых методов нестационарной оптической спектроскопии, позволяющих исследовать свойства неоднородной плазмы в области аномальной дисперсии. Технический результат изобретения - получение внутри...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547825
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.05.2015
№216.013.4e8a

Способ усиления гемоциркуляции в шовной полосе межкишечного анастамоза

Изобретение относится к медицине, а именно хирургии, и может быть использовано для усиления гемоциркуляции в шовной полосе межкишечного анастомоза в эксперименте. Для этого после резекции тонкой кишки в условиях перитонита у собак в брыжейку кишки в зоне анастомоза вводят 0,25% раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551624
Дата охранного документа: 27.05.2015
27.06.2015
№216.013.5b2b

Способ получения метансульфокислоты

Изобретение относится к технологии получения серосодержащих органических соединений, в частности к синтезу метансульфокислоты. Метансульфокислота используется в качестве катализатора реакций нитрования, ацилирования, этерификации и полимеризации олефинов. Она также используется в химической,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554880
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.6040

Способ получения однофазного нанопорошка феррита висмута

Изобретение относится к способу получения нанопорошков на основе феррита висмута для создания магнитоэлектрических материалов - мультиферроиков и компонентов электронной техники, которые могут найти широкое применение в микроэлектронике, в частности спиновой электронике (спинтронике); в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556181
Дата охранного документа: 10.07.2015
+ добавить свой РИД