Результат интеллектуальной деятельности: МАГНИТНЫЙ ГАСИТЕЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между катодом и анодом, контактируя с ними. Расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд без проволоки не возникает. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка. При этом разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле такого направления, при котором увеличивается уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что уменьшает разогрев электродов, необходимый для их испарения, и это препятствует образованию самостоятельного дугового разряда. Изобретение позволяет предотвратить возникновение самостоятельного дугового разряда, а также позволяет погасить горящий разряд.

Технический результат изобретения - разработка способа, препятствующего зажиганию самостоятельного дугового разряда, а также гашению разряда в магнитном поле.

Известен способ нагрева электродов и создания дугового разряда при подаче напряжения между электродами за счет взрыва тонкой проволочки, расположенной между ними [1].

Этот способ не позволяет зажигать самостоятельный дуговой разряд, поскольку разряд прекращается как только пары проволочки уходят из разрядного промежутка в окружающее разрядный промежуток пространство. Здесь возникает импульсный кратковременный несамостоятельный разряд.

Известен способ нагрева электродов и зажигания самостоятельного дугового разряда в разрядном промежутке при помещении электродов в камере с отверстиями для подсоса воздуха и обеспечения его протока через разрядный промежуток [2].

Однако это устройство не позволяет предотвращать зажигание самостоятельного дугового разряда в потоке воздуха, оно не обладает также возможностью гасить возникший самостоятельный дуговой разряд.

Техническая задача, решаемая в предложенном изобретении, заключается в разработке способа, предотвращающего возникновение самостоятельного дугового разряда, а также гашения разряда как внутри камеры с протоком воздуха через нее, так и при расположении электродов в свободном пространстве при помещении разрядного промежутка в перпендикулярное к нему магнитное поле, увеличивающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка и уменьшающее температуру катода.

Поставленная задача достигается тем, что между анодом и катодом при фиксированном расстоянии между ними плавится и испаряется тонкая металлическая проволочка. Происходит разогрев электродов и зажигается самостоятельный дуговой разряд в том случае, если электроды помещаются в камеру с отверстиями для подсоса воздуха и его протока газа через разрядный промежуток. Однако разряд в устройстве не зажигается, если поперек разрядного канала прикладывается магнитное поле с таким направлением вектора магнитной индукции, при котором увеличиваются потери заряженных частиц из разряда, что уменьшает температуру катода.

Данный способ предотвращает возможность возникновения самостоятельного дугового разряда внутри камеры с протоком воздуха и обеспечивает гашение разряда как внутри камеры, так и при расположении электродов в свободном пространстве. Способ предотвращения зажигания самостоятельного дугового разряда и его гашение под действием магнитного поля предлагается впервые.

Сущность способа заключается в следующем. Тонкая металлическая проволочка помещается между электродами, контактируя с ними. При этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором дуга в свободном пространстве самопроизвольно не образуется. На электроды подается напряжение от источника питания. Возникающий электрический ток плавит и испаряет тонкую проволочку. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка в парах металла проволочки. При этом возникает несамостоятельный разряд. Пары металла проволочки быстро уходят из разрядного промежутка и разряд гаснет. Если электроды помещаются в камере с отверстиями для подсоса и обеспечения протока газа через разрядный промежуток, возникает самостоятельный дуговой разряд.

В том случае если поперек разрядного канала прикладывается магнитное поле, увеличивающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка под действием силы Ампера, частиц, бомбардирующих электроды, для нагрева электродов и испарения металла оказывается недостаточно для существования самостоятельного дугового разряда.

Таким образом, действие магнитного поля, приводящее к дополнительному оттоку зарядов из разрядного промежутка, препятствует зажиганию самостоятельного дугового разряда, а также приводит к его погасанию в случае горения разряда.

Схема осуществления способа показана на чертеже (см. фигуру 1). Проволочка 1 натянута между катодом 2 и анодом 3 и контактирует с ними. Электроды помещаются внутри камеры 4, через которую самотеком проходит поток воздуха. Направление магнитного поля, перпендикулярное проволочке, указано стрелкой 5, направленной на север. Для подачи напряжения на электроды использовался выпрямительный агрегат «Дельфин» 5 с выпрямленным напряжением 220 В. Разрядный ток в максимуме менялся в области 10-50 А с помощью переменного сопротивления. Длительность разряда около 0,1 секунды. Использовались металлические электроды (железо, медь, тантал), а также графитовые электроды. Брались проволочки из разных металлов и сплавов (Cu, Ni, Fe и другие). Диаметр проволочек менялся в интервале 0,04-0,1 мм, а их длина от 10 до 30 мм.

При подаче напряжения на разрядный промежуток с проволочкой, натянутой между электродами, происходит нагрев электродов и возникает самостоятельный дуговой разряд в атмосфере, если электроды помещаются внутри камеры с отверстиями для самотека воздуха. В том же случае, если разрядное устройство помещают в перпендикулярное проволочке магнитное поле, направленное таким образом, чтобы отток заряженных частиц под действием силы Лоренца совпадал с их оттоком в конвекционном потоке, самостоятельный разряд внутри камеры устройства не возникает. Горящий же в камере самостоятельный дуговой разряд при поднесении к ней магнита гаснет. Под действием магнитного поля гаснет и дуговой разряд при его горении в свободном пространстве (без камеры). Магнитное поле увеличивает уход заряженных частиц из разрядного промежутка. Частиц, бомбардирующих электроды, оказывается недостаточно для нагрева электродов и испарения металла, а это необходимо для существования самостоятельного дугового разряда [3]. При действии магнитного поля такой разряд не возникает в камере с протоком воздуха. Помещение горящего разряда в магнитное поле в несколько Гс приводит к его погасанию как в камере с протоком воздуха, так и в свободном атмосферном пространстве.

Пример. В камере с протоком воздуха при расстоянии между электродами 1 см, толщине медной проволочки 0,06 мм без внешнего магнитного поля горит самостоятельный дуговой разряд с током 25 А. Поднесение полосового магнита, поле которого направлено перпендикулярно оси разряда, гасит дуговой разряд.

При наличии магнитного поля стационарный самостоятельный дуговой разряд не возникает вовсе. При этом образуется только несамостоятельный импульсный разряд.

Поперечное к оси разряда магнитное поле, отводящее заряженные частицы из разрядного промежутка, гасит также самостоятельный дуговой разряд в открытом пространстве (без камеры, создающей проток воздуха). Магнитное поле в опытах составляло 5 Гс (достаточно малое поле).

Таким образом, в предложенном способе впервые решена проблема предотвращения возникновения самостоятельного дугового разряда и его гашения под действием магнитного поля такого направления, при котором увеличивается уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что препятствует разогреву электродов и затрудняет их испарение.

Способ прост в осуществлении и эффективен. Его можно применять в научных исследованиях и технике, например, для предотвращения возникновения самостоятельного дугового разряда - источника высокой температуры и возникновения пожара, а также для гашения разряда.

Источники информации

1. Р.Н. Кузьмин, Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2388192, 2008.

2. Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2418341, 2009.

3. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1987, с. 426, 433.