Способ получения бестоковой плазмы

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСТОКОВОЙ ПЛАЗМЫ по авт. св. № 890954, отличающийся тем, что,, с целью снижения энергетических затрат, дополнительный напуск нейтрального газа осуществляют в твердом состоянии в виде таблеток пу- i тем инжекции их в область удержания плазмы.. 1 to /J W 12 W t, (Л с .с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

/ " 13

Qf„::

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п„(си ) е(СФ / и14

AC (61) 890954 (21) 3555268/18-25 (22) 18.02е83 (46) 30.12.85. Бюл. Р 48 (72) В.И.Карпухин и H.Í.Саппа (53) 533.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . Р 890954, кл. Н 05 Н 1/00, 1980..

„„SU„„3162473 A

t594 Н 05 (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСТОКОВОЙ

ПЛАЗМЫ по авт. св. И 890954, отличающийся тем, что,. с целью снижения энергетических затрат, дополнительный напуск нейтрального газа осуществляют в твер- дом состоянии в виде таблеток пу- тем инжекции их в область удержания плазмы.

1 11

Изобретение относится к высокочастотным способам получения нлаэмьг и может быть использовано в плазменных установках типа стелларатор, а также на начальной стадии разряда в установках токамак.

Известен способ получения бестоковой плазмы по авт.св. В 890954, заключающийся в том, что в предварительно вакуумированную рабочую камеру первоначально импульсный напуск нейтрального газа производят до давления 2 10 — 5-10 торр, затем возбуждают ВЧ-поле в течение времейи большего, чем время удерх:ания энергии плазмы в камере и при достижении плазмой критической плотности, при которой возможно распространение электромагнитной волны во всем. рабочем объеме камеры, производят дополнительный напуск нейтрального газа в вакуумную камеру. Газ проникает в плазму, ионизуется, что увеличивает плотность удерживаемой в плазменном устройстве плазмы.

Однако при реализации способа в плазменных установках, в которых радиус плазмы меньше в несколько, раз радиальных размеров вакуумной камеры (как, например, в стеллараторе "Ураган 3, где это соотношение равно Ч0,05), для быстрого подъема плотности плазмы эа счет дополнительного напуска рабочего газа необходимо ввести в камеру гораздо большее число частиц чем то, которое ,будет захвачено в плазме. Чтобы создать,.например, в установке

"Ураган 3", как и в прототипе, давление газа внутри плазменного шнура

10 MM рт.ст., необходимо в камеру объемом 70 м напустить 7 ° 10 частиц, 21 но лишь 4 ° 10 из них могут быть ути-, 19 лизованы плазменным объемом V„„ =

=4 10 см . Одновременно с процессами ионизации будут проходить и процессы перезарядки, причем энергетические потери на перезарядку составляют примерно 60-70 от вводимой мощности для типичных плазменных параметров. Кроме этого импульсный напуск столь большого числа частиц и последующая-импульсная откачка не ионизованного газа (более 90 от напущенного) представляет серьезную техническую проблему.

Целью изобретения является снижение энергетических затрат на создание плотной плазмы.

02473 2

Эта цель достигается тем, что в известном способе получения. бестоковой плазмы, заключающемся в том, что в предварительно вакуумированную рабочую камеру первоначально импульсный напуск нейтрального газа

-5 производят до давления 2 ° 10 — 5

-5. к 10 торр, затем возбуждают ВЧ-поле

55 в течение времени большего, чем время удержания энергии плазмы в камере, и при достижении плазмой критической плотности,.при которой возможно распространение электромагнитной вол. ны во всем рабочем объеме камеры, производят дополнительный папуск нейтрального газа в твердом состоянии в виде таблеток путем инжекции их в область удержания плазмы.

На чертеже дан график, поясняющий предлагаемый способ.

По вертикальной оси графика отложены плотность нейтральных частиц 11 в области удержания плазмы (соответствует. сплошной линии на графике) и плотность плазмы и (соответствует пунктирной линии). Текущее время 1 отложено по горизонтальной оси графика. В течение времени от момента 0 до 1„ происходит первичный напуск нейтрального газа до давления оптимального для электрического пробоя (2 10 -5 ° 10 торр), В момент tq включают ВЧ-поле,. под действием которого ионизуется газ и создается плазма. В t, когда плотность плазмы возрастет до величины критической 10 -5 10 см (т,е., когда в плазме эффективно распространяются и термализуются.электромагнитные волны, что улучшает ввод ВЧ-мощности в плазму большой плотности) производят инхсекцию твердотопливных таблеток. Двигаясь в плазме, твердое топливо испаряется и нейтральный газ ионизуется электронами плазмы.

Плотность плазмы за период от t до 1, возрастает до величины 5 ° 10

<а

10 в зависимости от вводимой в плазму мощности и количества твердого топлива, а давление газа, окружающего плазму, остается при этом практически неизменным.

В конкретном примере осуществления способа дополнительный ввод топлива в плазму можно осуществлять с помощью любых иэ известных инжекторов, обеспечивающих скорость движения таблетки 10 -10"см/с, Для создания плазмы плотностью И 10"" см х

-<с

Составитель С.Хлебников

:Редактор Горькова Техред O.Цеце Иорректор Л.Патай

Заказ 8138/4 Тираж 793 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

3 необходим примерно 1 л1м твердого топлива. С целью обеспечения равномерного ввода топлива инжекцию таблеток производят одним или несколькими инжекторами равномерно расположенными вдоль оси плазменного шнура.

Инжекторы располагаются вне вакуумной камеры н соединяются вакуумопроводами с установкой. Для полного испарения таблеток их инжектируют под острым углом к оси плазменного образования.

В результате испарения твердого топлива средняя по объему плотность рабочего газа эквивалентна 10 см а плотность газа, окружающего плаз» му, по-прежнему соответствует первоначально выбранному давлению (оптимальному для электрического пробоя) и составляет и" =10 -5 ° 10 см

Полная ионизация рабочего газа испарившейся таблетки в объеме плазмы приведет к росту концентрации плазмы до заданной величины 5 10 —

10 см . В дальнейшем установится

Й -3 квазистационарное состояние плазмы, характеризующееся при указанной плотности определенной телшературой частиц T; . Энергозатраты на ионизацию газа и компенсацию потерь на перезарядку при подъеме плотности И до заданной заранее величины м10 см, за время жизни частиц („ при температуре ионов Т = 102 эВ составляют и, V@5(4-1 )

4/= 1 ЧплЕ+ Т1 7 220Дж, 102473 4 где Ч„,=4 10 — объем плазмы в стелХ лараторе "Ураган 3";

33 э — энергетические затраты на ионизацию

5 атома;

42

И .=10, см — плотность газа, % окружающего плазму;

Чд=1 5"10 см/с — тепловая скорость атомов, газа, ! 0 $=4% а8 — площадь поверхности плазмы, (P, =100 см, а =13 см);

С6 Ч >>«

1;.= вероятность И ЧГ и0Н+ 6Ф йеР ионизации !

5 атома, входящего в плазму, =.10 с. к

С1

В прототипе и мощью импульсного заполнения камеры газом до величины « 10 см, что будет эквивалентно энергетическим затратам. 2200 Дж.

В изобретении по сравнению с прототипом нет необходимости в импульсном напуске большого объема газа.

После создания плазмы высокой плотности в случае прототипа газ, окружающий плазму, должен быть импульсно откачен, иначе это приведет к интенсивному охлаждению плазмы. Однако импульсная откачка (за времена

10 " -5 ° 10 с) столь большого объема газа представляется трудно достижи35 мой технической задачей, так как при этом необходима скорость откачки 3 10 л/с. При реализации изобре« тения этих трудностей не возникает.