Линия передачи электромагнитных импульсов для z-пинчевых нагрузок

 

Изобретение относится к электротехнике и плазменной технике, в частности к линиям передачи энергии от мощных импульсных источников, и может использоваться в термоядерной энергетике. Цель изобретения - повышение плотности потока электромагнитной энергии посредством уменьшения влияния испаренного материала токонесущих электродов. Линия передачи содержит источник тока, размыкатель, два полых коаксиальных электрода с плоскими торцовыми участками, размещенные в герметичном корпусе, объем которого в 10 - 100 раз превышает объем межэлектродного промежутка, причем торцовые участки электродов перфорированы с отверстиями, ширина d которых в азимутальном направлении превышает размер межэлектродного промежутка и ширину перемычек между отверстиями, но меньше ширины отверстия в радиальном направлении. При прохождении импульса тока после размыкания испаренная с поверхности электродов плазма вытекает через отверстия в герметичный корпус, что приводит к уменьшению массы и давления плазмы в межэлектродном промежутке и улучшению передачи электромагнитной энергии к нагрузке при больших плотностях тока. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и плазменной технике, в частности к линиям передачи энергии от мощных импульсных источников, и может быть использовано, например, для транспортировки энергии к термоядерным мишеням с нагревом вещества до экстремальных температур. Целью изобретения является повышение плотности передаваемого потока электромагнитной энергии посредством уменьшения влияния испарения материала токонесущих элементов на прохождение электромагнитной энергии. На фиг.1 схематически представлено устройство с использованием предлагаемой линии для передачи потока энергии к мишени; на фиг.2 представлен разрез устройства по одному из электродов передающей линии. Основными элементами устройства являются источник тока 1, размыкатель 2 тока, обостряющий фронт нарастания передаваемого импульса тока, соосные друг другу электроды 3, 4 вакуумной передающей линии, термоядерная мишень 5 с рабочим газом 6, расположенная на оси, и герметичный корпус (7, 8) со средствами откачки 9. Источник тока 1 содержит токовые выводы 10, 11, разделенные изолятором 12. Размыкатель 2 подключен к токовым выводам 10, 11 источника тока и является частью его токового контура. Вакуумная линия подсоединена параллельно размыкателю 2, чтобы при разрыве размыкателя 2 ток передавался по линии к мишени. В электродах 3, 4 вакуумной передающей линии выполнены сквозные отверстия шириной, в азимутальном направлении не менее чем в 1,5 раза превышающей зазор между токонесущими поверхностями электродов линии. Сквозные отверстия целесообразно выполнять в радиальном направлении, т.е. в направлении протекания тока, более протяженными, чем их ширина в азимутальном направлении. Это упрощает конструкцию электродов линии, так как перемычки между отверстиями приобретают форму спиц. Работа вакуумной линии для передачи электромагнитной энергии заключается в следующем. Источник тока 1 генерирует сверхсильный ток, протекающий по тоководам 10, 11 и размыкающему ключу. При амплитуде тока 2·10⁸А и размещении размыкателя 2 на диаметре 1 м напряженность магнитного поля и магнитное давление на размыкателе составит соответственно 0,64·10⁸ А/м и 2,5·10⁹ Па /25 тыс. атм/. Размыкатель тока 2 содержит облегченный участок относительно токовыводов 10, 11, выбранный таким образом, что он, разгоняясь давлением, открывается от токовыводов 10, 11 в момент, когда ток источника тока 1 достигает своего максимального значения. При этом образуется зазор, переходящий в зазор между токонесущими электродами 3 и 4 вакуумной линии, по которому поток энергии распространяется к мишени. При разрезе проводника ключа часть его материала испаряется, а в межэлектронном зазоре появляется плазма. Это происходит вследствие того, что при разрыве на утончающихся перемычках плотность тока достигает критического значения, и перемычки электрически взрываются. Испарение материала также происходит из-за испарения скин-слоя токонесущих электродов вакуумной линии при повышении плотности тока до величины порядка 10⁸ А/м в процессе радиального схождения волны тока к расположенной на оси мишени. Эффективность распространения потока электромагнитной энергии обеспечивается эффективным вытеканием плазмы из межэлектродного зазора через сквозные отверстия в токонесущих электродах 3, 4 в буферный объем герметичного корпуса (7, 8). В отличие от прототипа, в котором плазма остается в замкнутом межэлектродном зазоре и препятствует прохождению электромагнитной энергии, в предлагаемой вакуумной линии, выполненной со сквозными отверстиями в электродах 3, 4 более широкими, чем межэлектродный промежуток между токонесущими поверхностями электродов прямого и обратного токов, имеет место эффективная разгрузка плазмы из межэлектродного зазора в буферные объемы корпуса (7, 8). В результате разгрузки масса плазмы в межэлектродном зазоре уменьшается, давление плазмы остается устойчиво более низким, чем магнитное. При этом оставшаяся плазма под действием магнитного давления эффективно стягивается к расположенной в центре мишени. Токовая волна и поток электромагнитной энергии, следуя за плазмой, также распространяется к мишени (с магнитодинамической скоростью порядка 10⁶ 10⁷ м/с). За счет проникновения токовой волны на малый радиус мишени повышаются напряженность магнитного поля, плотность тока и плотность потока энергии, ускоряется сжатие мишени и повышается эффективность нагрева рабочего газа, обеспечивается интенсивное протекание в нем реакции. При выборе ширины отверстий d в азимутальном направлении больше межэлектродного промежутка, но меньше ширины отверстий в радиальном направлении, а величины объема герметичного корпуса в 10 100 раз превышающей объем межэлектродного промежутка, величина тока, передаваемого на нагрузку, составляет не менее 60% от величины тока источника при передаче импульсов с амплитудой тока 10⁷ 10⁸ А. Таким образом, линия позволяет передавать более высокие плотности потока электромагнитной энергии при более высоких плотностях поверхностного тока по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Линия передачи электромагнитных импульсов для Z-пинчевых нагрузок, содержащая источник тока, полые, коаксиально расположенные, внутренний и внешний электроды с плоскими торцевыми участками, скрепленные герметизирующим изолятором со стороны источника тока, размыкатель тока и средства откачки межэлектродного зазора, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности потока электромагнитной энергии, передаваемой в нагрузку, за счет уменьшения испарения материала токонесущих электродов, линия помещена в герметичный корпус, объем которого составляет 10 100 объемов межэлектродного промежутка, а торцевые участки выполнены перфорированными, причем ширина d отверстий в азимутальном направлении составляет 1,5 6,0 расстояний между электродами и размеров перемычек между отверстиями в этом направлении, а ширина D отверстий в радиальном направлении соответствует условию D ≥ d.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2