Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель

Изобретение относится к области электротехники и электрофизики, а именно к экспериментальной физике и ускорительной технике, и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей, а также для получения нанодисперсных порошков титана и его соединений: оксидов, нитридов и др. путем распыления материала гиперскоростной плазменной струи в свободном пространстве. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель выполнен в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического титанового ствола и медного центрального электрода, а его торцевая часть выполнена в виде конуса, который присоединен к одной из клемм цепи питания ускорителя. Цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода. Второй конец соленоида электрически соединен с началом ствола. Корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала и перекрывает зону размещения плавкой перемычки. Длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Изобретение позволяет получить шихту сверхтвердых порошкообразных материалов на основе титана, в состав которой введен связующий пластичный компонент из меди. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и электрофизики, а именно к экспериментальной физике и ускорительной технике, и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей, а также для получения смеси нанодисперсных порошков титана и меди, а также их соединений: оксидов, нитридов и др. путем распыления материала гиперскоростной плазменной струи в свободном пространстве.

Известен коаксиальный ускоритель (патент РФ №2150652, опубл. 10.06.2000 г., МПК7 F41B 6/00), который состоит из коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего ствола, и центрального электрода, который присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя. Цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода. Второй конец соленоида электрически соединен с началом ствола, а вершины центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола. Корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала.

Недостатком данного устройства является неравномерность электроэрозионного износа по длине ствола, обусловленная повышением эрозии на начальном участке ствола длиной 40-50 мм, что при многократном использовании ствола может привести к обгоранию начального участка ствола и невозможности его дальнейшего использования.

Наиболее близким к заявленному ускорителю является коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, выбранный в качестве прототипа (патент РФ на полезную модель №61856, F41B 6/00, опубл. 10.03.2007 г.), выполненного в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего ствола и центрального электрода, который присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя. Цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода. Второй конец соленоида электрически соединен с началом ствола. Вершины центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола. Корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала.

Недостатком прототипа является отсутствие в шихте, получаемой при распылении электроэрозионной плазмы в затопленное пространство камеры реактора, связующего пластичного компонента, являющегося необходимым при прессовании и компактировании сверхтвердых порошкообразных материалов.

Задачей изобретения является создание коаксиального магнитоплазменного ускорителя, позволяющего получить шихту сверхтвердых порошкообразных материалов на основе титана, в состав которой введен связующий пластичный компонент из меди.

Поставленная задача достигается за счет того, что коаксиальный магнитоплазменный ускоритель выполнен так же, как в прототипе, в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего титанового ствола. Центральный электрод присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя. Цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленного от центрального электрода. Второй конец соленоида электрически соединен с началом титанового ствола, а вершина центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола. Корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала.

Согласно предложенному решению центральный электрод выполнен из меди, а его торцевая часть выполнена в виде конуса.

За счет использования этого на начальном участке ствола происходит электроэрозионная наработка нанодисперсного порошка меди.

На фиг.1 изображен коаксиальный магнитоплазменный ускоритель.

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель состоит из цилиндрического электропроводящего титанового ствола 1, центрального медного электрода 2 с изолятором 3. Узел 4 центрального электрода 2, выполненный из магнитного материала (конструкционной стали), сопряжен со стволом 1, укрепляя узел центрального электрода 2. Соленоид 5 выполнен за одно целое с фланцем 6 и цилиндрической частью 7, в которой размещен узел 4 центрального электрода 2. Соленоид 5 укреплен резьбовой заглушкой 8. Соленоид 5 снаружи укреплен прочным стеклопластиковым корпусом 9 и стянут мощными токопроводящими шпильками 10 между фланцем 6 и стеклопластиковым упорным кольцом 11. Токопроводящие шпильки 10 электрически соединены токопроводящим кольцом 12, а к токопроводящим шпилькам 10 присоединен шинопровод 13 внешней схемы электропитания. Второй шинопровод 14 схемы электропитания присоединен к центральному электроду 2. К шинопроводу 14 последовательно присоединены ключ 15 и конденсаторная батарея 16, связанная с шинопроводом 13.

Работа устройства заключается в следующем. При замыкании ключа 15 в контуре электропитания ускорителя начинает протекать ток от конденсаторной батареи 16, по шинопроводу 13, токопроводящему кольцу 12, шпилькам 10, фланцу 6, виткам соленоида 5, узлу 4, стволу 1, центральному электроду 2, шинопроводу 15, через ключ 15 и к конденсатору 16. Образование сильноточного дугового разряда осуществляется за счет пробоя по поверхности изолятора 3. Плазма сильноточного разряда сжимается магнитным полем собственного тока, магнитным полем соленоида и приобретает грибообразную форму. Узел 4 центрального электрода 2 перекрывает зону формирования плазменной структуры, экранирует ее в течение некоторого времени и исключает вращение грибообразной плазменной структуры, уменьшая эрозию ствола на его начальном участке.

Генерируемая ускорителем импульсная гиперзвуковая плазменная струя выходит в пространство камеры реактора, происходит распыление материала, наработанного электроэрозионным путем с поверхности медного центрального электрода и титанового ствола, а также формирование нанодисперсных частиц сверхтвердых материалов, при заполнении камеры реактора соответствующим реагентом.

Предложенное устройство испытано в следующих условиях: емкость конденсаторной батареи 16 составляет 48 мФ, ее зарядное напряжение 3,0 кВ, длина титанового ствола 273 мм, внутренний диаметр титанового ствола 121 мм, высота конусной части центрального электрода равна его радиусу, камера реактора заполнена азотом при давлении 1,0 атм. В результате такого эксперимента получена шихта нанодисперсного порошка нитрида титана с включением распределенных частиц меди.

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, выполненный в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического титанового ствола, центральный электрод присоединен к одной из клемм цепи питания ускорителя, цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода, второй конец соленоида электрически соединен с началом ствола, корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала и перекрывает зону образования плазменной структуры, ее длина составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной, отличающийся тем, что центральный электрод ускорителя выполнен из меди, а его торцевая часть выполнена в виде конуса.