Коаксиальный плазменный ускоритель

 

КОАКСИАЛЬНЫЙПЛАЗМЕННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, состоящий из источника энергии, системы напуска газа, двух коаксиальных профилированных электродов , помещенных в вакуумную камеру. разделенных.изолятором, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования рабочего вещества и надежности устройства , образующая поверхности каждого из электродов имеет вид вогнутой кривой по отношению к продольной оси электродов, причем радиус кривизны образующей в каждой точке оцределяется из соотношения ,,щ1 где m - масса ускоряемой плазмы; V - скорость плазмы в данной точке электродов; FJ - равнодействующая сил магнитного давления, перпендикуляр (Л ная к направлению ускорения. / 9д

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 05 Н 1 54

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3565388jl8-25 (22) 16.03,.83 (46),07.09.86. Бюл.1(- 33 (72) В,В.Сиднев, IO,В.Скворцов и Н.М. Умрихин (53) 533. 9 (088. 8) (56) Арцимович Л.А. и др. Электродинамическое ускорение сгустков плазмы.

ИЭТФ т. 33, 1957, с. 3-8.

Sidnev V.V. ct а1 "Apuleed source

of plasma" Proi XV Coufer on Phenom in I omzed Gases,Ninsk, 1981, part П р.903-904. (54) (51) КОАКСИАЛЬНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ

УСКОРИТЕЛЬ, состоящий из источника энергии, системы напуска газа, двух коаксиальных профилированных электродов, помещенных в вакуумную камеру, разделенных изолятором, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования рабочего вещества и чадежности устройства, образующая поверхности каждого из электродов имеет вид вогнутой кривой по отношению к продольной оси электродов, причем радиус кривизны образующей в каждой точке определяется из соотношения

mD

R=-—

E где m — - масса ускоряемой плазмы; — скорость плазмы в данной точке электродов;

D — равнодействующая сил магнит" Ж ного давления, перпендикулярная к направлению ускорения.

С:

110116 i

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтезаи может быть использовано в термоядерных устройствах, например реакторах, нейтронных источниках и установках для технологических исследований„

Известно устройство для электродинамического ускорения плазмы. Оно представляет из себя два параллельных жестких электрода ("рельса"), соединенных металлической проволочкой и подключенных к конденсаторной батарее, Плазма, образующаяся в результате взрыва проволочки при пропускании через нее сильноточного разряда конденсато- 15 ра ускоряется вдоль направляющих электродов под действием пондеромоторной силы. Недостатком такой конструкции является ослабление ускоряющей силы по мере удаления токонесущей плазмы от токоподводящей шины.

Известен также коаксиальный плазменный ускоритель, состоящий из источника энергии, системы напуска газа, двух коаксиальных конических элект- 25 родов, помещенных в вакуумную камеру,ðàçäåëåHíûõ изолятором. В качестве плазмообраэующего рабочего вещества используется гаэ, заполняющий меж-. электродное пространство. Под действием 30 приложенного напряжения происходит, межэлектродный аксиально-симметричный пробой газа и формируется тонкая токовая перемычка, перпендикулярная оси коаксиала. Под действием сил давления магнитного поля собственногс тока происходит разгон токовой перемычки и захватываемой ею плазмы вдоль электродов ° t

Недостатком коаксиального ускорителя является радиальная неоднородность ускоряющего магнитного поля в межэлектродном промежутке и связанная с ним неоднородность магнитного дав- 4 ления. Известно, что магнитное поле внутри двухпроводной .коаксиальной линии с током Р Х/r, где Х вЂ” разрядный ток; r — - радиальная координата межэлектродного промежутка, поэтому поле у поверхности внешнего проводника меньше, чем у внутреннего, имеющего меньший радиус. Соответствующий перепад магнитного давления на ширине межэлектродного промежутка в коаксиальной системе

В 1 1

ЬР Ь(— 2 () магн 8 г rl 7 где г, и г ; радиусы внутреннего и внешнего электродов.

Перепад магнитного давления приводит к тому, что сила магнитного .давления, действующая на край токовой перемычки, прилегающей к внутреннему электроду большая, чем сила, действующая на токовую перемычку у поверхности внешнего электрода. Поэтому край токовой перемычки, прилегающий к внутреннему электроду ускоряется быстрее, что приводит к перекосу перемычки относительно поверхности электродов. Так как сила магнитного .давления перпендикулярна поверхности токовой перемычки, то у нее появляется составляющая направленная к внешнему электроду и равная F.

= Р„,„соз ос, где F«„„— сила магнитного давления, действующая на перемычку, oC — угол наклона перемычки к поверхности электродов, Эта составляющая приводит к ускорению частиц поперек межэлектродного зазора и уходу их на наружный элек- . трод. Потери частиц из токовой перемычки и связанные с ними потери энергии приводят к снижению коэффициента

I использования рабочего вещества и снижению энергетического К1Щ системы, Кроме того, большие тепловые нагрузки, связанные с потоками частиц и энергии на наружный электрод, могут приводить к разрушению поверхности наружного электрода и загрязнению разряда продуктами эрозии, что затрудняет применение такого, устройства в термоядерных системах.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования рабочего вещества, а также повышение надежности ускорителя за счет снижения тепловых нагрузок на внешний электрод.

Поставленная цель достигается тем, что в известном коаксиальном плазменном ускорителе, содержащем источник энергии, систему напуска газа, два коаксиальных профилированных электрода, помещенных в вакуумную камеру, разделенных изолятором, образующая поверхности каждого из электродов имеет вид вогнутой кривой по отношению к продольной оси электродов, причем радиус кривизны образующей в .каждой точке определяется из соотношения R = m 7 /F где tn— масса ускоряемой плазмы; II — ско1101164 2 6 Р< ш V2

= F созе 30

hAOlr tl

R = — — — ——

Fìolãí соз где à — центробежная сила, дейстИь вующая на частицы в системе коорди- 35 нат, связанной с токовой перемычкой; .F — составляющая сил магнитного давления, направленная к наружному электроду;

F — сила магнитного давления, 40

МагН направленная нормально к поверхности токовой перемычки;

ы, — угол наклона токовой перемычки к поверхности электродов;

m — масса токовой перемычки; 45 ее скорость;

R — - радиус кривизны электродов.

Величины m,. V, Г,„,„, а определяются расчетным путем, или экспери" ментально на модели установки, в ко- 50 торой электроды имеют цилиндрическую или кони |ескую форму. Объясняется это тем, что для того, чтобы устранить влияние составляющей F, — силы магнитного давления, перпендикуляр-. 55 ной токовой перемычке, которая равна

F cosa, и которая приводит к мвгн ускорению частиц поперек межэлектродрость плазмы в данной точке электродов; Р, — равнодействующая сил магнитного давления, перпендикулярная к направлению ускорения.

На фиг,1 представлен общий вид 5 предложенного устройства; на фиг-.2 поперечный разрез электродов ускорителя; на фиг,З вЂ, диаграмма сил, действующих на токовую перемычку в процессе ускорения.

Источник энергии 1 фиг,l подключен к коаксиальным профилированным электродам 2, разделенным изолятором 3. Металлические электроды 2 выполнены в виде тел вращения, образующая поверхности которых имеет вид вогнутой кривой по отношению к продольной оси электродов фиг.2.

Система напуска 4 предназначена для напуска рабочего газа в межэлект-20 родный зазор ускорителя, помещенного в вакуумную камеру 5, коммутирующее устройство 6 предназначено для подачи напряжения от источника энергии

1 на электроды 2.

Радиус кривизны вогнутой кривой каждой иэ образующих электродов определяется из условия (см.фиг.э) ного зазора к уходу их на наружный электрод, ее необходимо компенсировать центробежной силой, равной ей по величине, но противоположной по направлению, Эта сила возникает вследствие того, что образующая электродов имеет криволинейную поверхность.

Устройство работает следующим образом.

С помощью системы напуска 4 газа в межэлектродный зазор ускорителя, помещенного в вакуумную камеру 5, напускается рабочий газ. С помощью коммутирующего устройства 6 подается напряжение от источника энергии 1 на ускоряющие электроды 2, происходит пробой межэлектродного промежутка и образовавшаяся токовая перемычка начинает ускоряться силами магнитного давления. При этом из-за перепада сил магнитного давления в межэлектродном зазоре происходит .наклон токовой перемычки и появляется радиальная составляющая сил магнитного давления, направленная к наружному электроду.

В системе координат, связанной с токовой перемычкой, из-за кривизны поверхности электродов возникает центробежная сила, направленная к внутреннему электроду и компенсирующая радиальную составляющую сил магнитного давления, и таким образом препятствующая уходу частиц из токовой перемычки к.наружному электроду. Перемычка ускоряется вдоль электродов составляющей сил магнит;ного давления F„ (см.фиг.З).

Использование предложенного изобретения выгодно отличается от указанного прототипа тем, что достигаемое за счет кривизны поверхности электродов уменьшение потерь частиц и энергии в процессе ускорения токовой перемычки в межэлектродном зазоре коаксиального плазменного ускорителя приводит к повышению коэффициента использования рабочего вещества., так как частицы на уходят на наружный электрод из токовой перемыч. ки, что особенно важно в термоядерных установках, работающих на дорогостоящих изотопах водорода: дейтерии и тритин, к повышению энергетического КПД системы за счет сохране. ния энергии, уходящей на электрод, Фиа 2

Редактор C,Òèòîâà Техред Л.Сердюкова Корректор M.Ëeì÷Hê

Заказ 4845/1

Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä,óë,Ïðîåêòíàÿ,4

5 1101 а также к повышению надежности работы устройства за счет снижения тепловых нагрузок на наружный электрод.

164 4

Повышение коэффициента использования рабочего вещества составит до 507., КПД устройства может быть доведено до 507..