Способ генерирования электрических колебаний
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
Мц Р
РЕСПУБЛИК
us а1и
ГОСУДАРС ВЕННЫЙ КОМИТ(Т СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21 ) 3358954 f18-09 (22) 04.11.81 (46) 30.01.84. Яюл. 9 4 . (72) О.A. Синкевич, В.Т. Чуклова, В.И. Батов и В.М. Короткий (.71) Институт высоких температур йН СССР (53) 621.373.43з621.373.423(088.8) (56) 1. Йркин й. И. Лампы с холодною катодом. Иэд. 2; М., "Энергия", 1972, с. 60, 61.
2. Черепанов В.П. и др. Гаэораэ» рядные источники шумов. М., "Советское радио", 1968, с. 10 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ГЕННРИРОВйНИИ.MIFKTРИЧЕСИИХ КОЛЕБАНИЯ, основанный на пропускании постояйного электрического тока через среду инертного гаЗсЮНОЗВ2900НО за, к которой приложено постоянное магнитное поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения удельной мощности генерируемых низкочастотных колебаний, в среду инертного газа вводят иойизирующую присадку щелочного. металла, создают давление 0,3-10 ата в среде инертного газа, устанавливают в соответствии с калибровочной кривой величину плотности. постоянного электрического тока, обеспечивающую отношение между температурой электронов и тяжелых частиц в диапазоне 2-10, а величину постоянного магнитного поля устанавливают соответствующей закритическому значению параметра Холла для у
Ф нонизационной неустойчивости в ис;пользуемой среде инертного газа.
1070681
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу генерирования электрических колебаний в диапазоне частот от единиц Гц до десятков кГц с удельной мощностью до 100 Вт/см, и может быть исполь- 5 зовано в промыапенных преобразователях тока, в генераторах низкочас тотных периодических колебаний и шумов.
Известен способ генерирования. электрических релаксационных колебаний, заключающийся в пропускании постоянного электрического тока через среду инертного газа под давлением 1-100 мч рт. ст. и Формировании в ней с помощья конденсатора напряжений зажигания и гахаения тлеющего разряда Г13.
Период релаксациониых колебаний при этом зависит от параметров конденсатора и нагрузки, времени вос- 20 становления изоляциойных свойств используемой газовой среды, ее сопротивления в режиме разряда и т.п..
Недостатком данного сПосОба является сравнительно низкая удельная мощность генерируемых электрических колебаний, которая ограничена предельной величиной плотности постоянного электрического тока порядка десятков мА/ам, характерной для среды инертного газа указанной плотности.
Наиболее близким к предлагаемому является способ генерирования электрических колебаний, основанный иа 35 пропускании постоянного электрического тока через среду инертного газа, к которой приложено постоянное магнитное поле 2 3.
Прн этом в рабочей среде создают 4О давление в диапазоне 0,1-10 мм рт.ст. и прикладывают постоянное магнитное поле порядка 0,2-1 Тл. В этих условиях при пропускании постоянного электрического тока плотностью несколько десятков мА/см в среде инертного газа возникают непериодические электрические колебания s диапазоне частот 0,1-10 ИРц, Однако в известном способе удельная мощность генерируеьзих электрических колебаний в рабочем диапазоне частот не превышает 10 Вт/смз, что связано с низкими значениями достигаемой плотности постоянного электрического тока в разряде для используемой газовой среды (1010 0 MA/ñì ) °
Цель изобретения - повышение удельной мощности генерируемых низкочастотных колебаний (в диапазо- Ю не частот от единиц Гц до десятков кГц)
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу генерированйя электричесиих колебаний, ос- 5 нованном на пропускании постоянного электрического тока через среду инертного- газа, к которой приложено постоянное магнитное поле, в среду инертного газа вводят ионизирующую присадку щелочного металла, создают давление 0,3-10 ата в среде инертного газа, устанавливают в. соответствии с калибровочной кривой величину плотности постоянного электрического тока, обеспечивающую отношение между температурой. электронов и тяжелых частиц в диапазоне 2-10, а величину постоянного магнитного поля устанавливают соответствующей закритическому значению параметре
Холла для ионизационной неустойчивости в используемой среде инертного газа.
Способ осуществляют следующим образом.
При давлении газовой среды менее 0,3 ата длина свободного пробега заряженных частиц увеличивается настолько, что критическое значение параметра Холла в указанных условиях возрастает до 30-50. Это приводит к падению плотности постоянного электрического тока и резкому уменьшению удельной мощности генериру мих электрических колебаний.
При увеличении давления инертного газа больше 10 ата условия для развития волн ионизационной неустойчивости ухудшаются вследствие возрастания потерь на излучение плазма, что также приводит к уменьшения удельной мощности генерируемых кЬлебаний..
Величину плотности постоянного тока при этом устанавливают в.соответствии с калибровочной кривой так, чтобы обеспечивалось указанное отношение температуры электронов и тяжелых частиц (ионов и молекул).
Снижение плотности тока и соответствующее уменьшение указанного отношения меньше 2 приводит к тому, что плазма инертного газа со щелочной присадкой приближается к равновесной, и ликвидируются условия для развития в ней ионизационной неустойчивости.
Увеличение плотности тока и соответствующее увеличение указанного отношения сверх 10- ие приводит к увеличению удельн6й мощности генерируемых электрических колебаний из-за . полной ионизации присадки.
Закритическое значение параметра
Холла, обеспечивающее возникновение ионизационяой неустойчивости в используемой среде, находится в диапазоне 2-20 что значительно меньше того же параметра для условий разряда в известном способе (порядка 50).
При этом индукция магнитного поля в области разряда находится для указанных значений параметра Холла в
1070681 технически достижимом диапазоне
0 5-5 Тл.
Способ генерирования электрических колебаний осуществляит в следующей последовательности операций.
Перед введением среды инертного 5 газа в зону разряда в газ вводят в количестве 0,01-1 вес.Ъ ионизирующую присадку щелочного металла.
Затем в газовой среде создают давление 0,3-10 ата и устанавливают в 10 ней в соответствии с калибровочной кривой величину плотности постоянного тока, обеспечиваищуи отношение между температурой электронов и тяжелых частиц в диапазоне 2-10. Одновременно в области прохождения тока в газовой среде устанавливаит величину магнитного поля 0,5 -5.Тл, соответствующую закритическому значению параметра Холла 2-20 по ионизациониой неустойчивости для газовой средыа
Среду инертного газа (галий . неон, водород н т.п.) или их смесь согласно предлагаемому способу мож-. но заранее ввести в зону разряда или непрерывно прокачивать через нее. При этом наличие в газе присадки щелочных металлов {цезий, калий и т.п.) в количестве 0,01-1 вес.В облегчает условия иониэации газа, -ЗО лонижая уровень рабочих напряженйй.
В указанных условиях в неравновесной плазме в области прохождения постоянного тока из-за ионизационной неустойчивости образуются движущиеся 35 слои различной концентрации электронов, являющиеся источником низкочастотных электрических колебаний.
Направление, в котором формируится волны ионизационной неустойчивос- 49 ти, определяется вектором тока в плазме, а сами слои находятся в плоскости, перпендикулярной вектору магнитного поля.
Частота и удельная мощность гене-. 45 рируеьых электрических колебаний при этом зависит от напряженности электрического и магнитного полей, параметра неравновесности, давления газа и т.п. Варьируя эти условия, можно регулировать частоту колебаний в пределах от единиц Гц до десятков кГц и их удельнуи мощность в диапазоне от единиц до 100 Вт/смз и вьиае.
По режиму протекания постоянного электрического тока разряд, возбужда- 5 емый s неравновесной плазме инертно-. го газа с добавкой щелочного металла, может находиться как в контрагированном, так и неконтрагированном состоянии. Поскольку максимальная 60 плотность электрического тока для указанных условий может достигать десятков A/см, то предельная мощность устройства, в котором будет реализован предлагаемый способ, со- Я ставит сотни кВт при объеме рабочей зоны порядка м .
Величину пло= ности постоянного электрического тока ) для конкретных условий генерации электрйческих колебаний устанавливают в соответствии с калибровочной кривой, связывающей ее с параметром неравновесности используемой среды, т.е. с отношением температуры электронов (Те) и тяжелых частиц (Ta). Калибровочная кривая при этом рассчитывается по следующей формуле:
1е 2 Е
3 а . e2n ЗКТФ е где е — заряд электрона;
n- - концентрация. электронов; ш — масса атома;
k - постоянная Больцмана.
По данной калибровочной кривой устанавливают такую плотность тока, которая соответствует отношению .тем» ператур в диапазоне 2-10. При этом возникают условия для развития в используемой среде ионизационной неустойчивости и генерации низкочастотных электрических колебаний.
П р И м е р. В качестве рабочей среды используется аргон с мольной присадкой цезия 1К4-10 при давлении газа 1 ата, равном атмосферному давлению. Для данной среды возможна .генерация низкочастотных колебаний при параметре неравновесностн, равном 3 (отношение температуры элект- . ронов 3000 К и тяжелых частиц
1000 K). Чтобы обеспечить данный параметр неравновесности с помощьи калибровочной кривой, рассчитанной для используемой рабочей среды, под- . держивают постоянный электрический ток с плотностьи 5 А/см . При этом устанавливают закритическое значение параметра Холла, которое для указанных условий находится около 5 ° Соответствующее значение индукции магнитного поля составляет до 2 Тл.
В укаэанных условиях в используемой среде в направлении ЭДС Холла возникают волны концентрации электронов, являющиеся источником низкочастотных электрических колебаний с частотой около 10 кГц и удельной мощностью порядка 1 Вт/см с ампли3 тудой выходного напряжения, составляющей 0,5-0,8 от приложенного.
На чертеже изображено предлагаемое устройство.
Устройство содержит- рабочуи Камеру 1, эаполненнуи плазмой на основе инертных газов с присадкой щелочных металлов при давлении 0,3-10 àòa.
Коаксиально камере 1 установлена катушка 2 индуктивности для создания в рабочем объеме камеры 1 продольного магнитного поля. Ортогонально и
1070681
Составитель Н. Матвиенко.
Редакт1зр Ве 3Ывалева Техред К.Метелка. КорректорИ. Демчик
ЮаввЮЮеайюЮ»ююююююююююеа»юю аеаеееаюеваеююююювеаеююююееюююеаеюееюююеааваеюююююююеаюе
Заказ 11701/52 Тираж Вб? Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
»»юЮЮевюююююююююевееююююююююееюевЮ»ююююевююююююююю»ю юю»ееюююююююю юю е » филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 напротив друг друга в камере 1 уста» новлены катодные и анодные электроды 3 и 4, Катодные электроды 3 могут иметь нить 9 накала. цепь нагрузки содержит разделительный конденсатор б для фильтрации постоянного тока Холла, нагрузку 7 и раэмыкатель 8.. Цепь питания генератора содеркит источник
9 постоянного тока и ключ 10. Цепь питания катушки 2 индуктивности содержит. источник 11 постоянного тока. ®
Преобразование постоянного тока, проходящего в.цепи питания генератора по плазме в объеме камеры 1, происходит следующнм образом. устанавливают с помощьв,катушки 2 индуктив- 35 ности и источника 11 постоянного тока в камере 1 индукцию магнитного ,„ПОЛЯ И.ПЛОтНОСтЬ ПОСТОФИИОГО ЭвЛЕКТРИ ческого тока s цепи питания генерато.,ра..от источника 9 постоянного тока, 2О соответствующими за1сритическому знаМнив цараметра Холла в диапазоне
320; одновременно поддерживает (на-. пример, путем подогрева плазмы в камере 1 извне, нитыю йакала 5 или иным снособом) отношение между температурой электронов и тяжелых частиц в плазме в диапазоне 2-10. Возникающие в плазме ионизациенные неустойчивости приводят к формированию в цепи нагрузки 7 низкочастотных периодических или непериодических колебаний в диапазоне 1-10 кГц. Постоянная составляющая электрического тока
Холла отфильтровывается. разделительным конденсатором б в цепи нагрузки 7.. Таким образом, для целей инверти рования постоянного тока в переменный,.а также для генерирования низкочастотных периодических или непериодических колебаний использование предлагаемого способа позволяет уп- ростить известные способы и повысить удельнув мощность генерируемых низкочастотных электрических колебаний с единиц до сотен Вт см>.
