Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель


 

H05H1/54 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2498542:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для ускорения плазмы до гиперскоростей и получения нанодисперсных порошков титана и меди. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель содержит соленоид, цилиндрический титановый ствол, цепь питания. Титановый ствол содержит плавкие перемычки, титановые проволочки, титановый центральный электрод, цилиндрическую медную вставку. Корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала и перекрывает зону размещения плавкой перемычки на 40-50 мм. Медная вставка выполнена в виде продольно размещённых медных шин круглого сечения. Длина медных шин равна длине титанового ствола, а площадь поверхности составляет 30% от площади поверхности титанового ствола. Изобретение позволяет получить шихты сверхтвердых порошкообразных материалов на основе титана со связующим компонентом 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 соединений: оксидов, нитридов и др. путем распыления материала гиперскоростной плазменной струи в свободном пространстве.

Известен коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (RU 61856 U1, МПК F41B 6/00 (2006.01), опубл. 10.03.2007 г.), выполненный в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего ствола, внутри которого размещена плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, 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 и перекрывает зону размещения плавкой перемычки. Длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной.

С помощью этого ускорителя невозможно получить шихту сверхтвердых порошкообразных материалов на основе титана, в состав которой введен связующий пластичный компонент из меди.

Наиболее близким к заявленному ускорителю является коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (RU 2442095 С1, МПК F41B 6/00 (2006.01), H05H 11/00 (2006.01), опубл. 10.02.2012 г.), выбранный в качестве прототипа, выполненный в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего титанового ствола. Внутри ствола размещена плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, который 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 и перекрывает зону размещения плавкой перемычки, длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Внутри цилиндрического титанового ствола в начальной его части размещена цилиндрическая медная вставка длиной не превышающей четверть длины титанового ствола, причем в конечной части медной вставки выполнены пропилы составляющие не более 85% ее длины.

Недостатком прототипа является непостоянный диаметр ускорительного канала по его длине, что негативно сказывается на динамике плазменного потока, из которого формируется шихта.

Задачей изобретения является получение шихты 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. Внутри ствола размещена плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, который 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 и перекрывает зону размещения плавкой перемычки, длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Внутри цилиндрического титанового ствола в начальной его части размещена цилиндрическая медная вставка.

Согласно изобретению медная вставка выполнена в виде продольно размещенных медных шин круглого сечения, длина которых равна длине титанового ствола, причем площадь поверхности медных шин составляет до 30% от площади поверхности титанового ствола.

За счет использования медных шин происходит электроэрозионная наработка меди, при распылении которой образуется нанодисперсный порошок меди.

Выбор площади поверхности медных шин и титанового ствола определен необходимым соотношением компонентов шихты. Известно, что соотношение связующего пластичного компонента должно до 10% от общего содержания шихты. Экспериментально установлено, что такое соотношение обеспечивается при условии, когда площадь поверхности медных шин составляет 30% от площади поверхности титанового ствола.

На фиг.1 изображен коаксиальный магнитоплазменный ускоритель.

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель состоит из цилиндрического электропроводящего титанового ствола 1, центрального электрода 2, соединяющей их плавкой перемычки 3, состоящей из металлических проволочек, расходящихся от центрального электрода 2 и огибающих торцевую часть изолятора 4 центрального электрода 2. Узел 5 центрального электрода 2, выполненный из магнитного материала (конструкционной стали), сопряжен со стволом 1, укрепляя узел центрального электрода2, и перекрывая зону размещения плавкой перемычки 3. Длина части, перекрывающей зону размещения плавкой перемычки 3, составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Соленоид 6 выполнен за одно целое с фланцем 7 и цилиндрической частью 8, в которой размещен узел 5 центрального электрода 2. Соленоид 6 укреплен резьбовой заглушкой 9. Соленоид 6 снаружи укреплен прочным стеклопластиковым корпусом 10 и стянут мощными токопроводящими шпильками 11 между фланцем 7 и стеклопластиковым упорным кольцом 12. Токопроводящие шпильки 11 электрически соединены токопроводящим кольцом 13, а к токопроводящим шпилькам 11 присоединен шинопровод 14 внешней схемы электропитания. Второй шинопровод 15 схемы электропитания присоединен к центральному электроду 2. К шинопроводу 15 последовательно присоединены ключ 16 и конденсаторная батарея 17, связанная с шинопроводом 14. Внутри цилиндрического титанового ствола 1 размещены четыре медные шины 18. Длина медных шин 18 равна длине титанового ствола 1.

Работа устройства заключается в следующем. При замыкании ключа 16 в контуре электропитания ускорителя начинает протекать ток от конденсаторной батареи 17, по шинопроводу 14, токопроводящему кольцу 13, шпилькам 11, фланцу 7, виткам соленоида 6, узлу 5, стволу 1, медным шинам 18, плавкой перемычке 3, центральному электроду 2, шинопроводу 15, через ключ 16 и к конденсатору 17. При достижении нарастающим током i(t) некоторого уровня плавкая перемычка 3 взрывается с образованием сильноточного дугового разряда. Начальная форма плазменной структуры задается конфигурацией и расположением проволочек плавкой перемычки 3, а также наличием цилиндрического канала в изоляторе 4 центрального электрода 2. Плазма сильноточного разряда сжимается магнитным полем собственного тока, магнитным полем соленоида и приобретает грибообразную форму. В устройстве конусообразная часть узла 5 центрального электрода перекрывает зону размещения плавкой перемычки 3 и формирования плазменной структуры, экранирует эту зону в течение некоторого времени и исключает вращение грибообразной плазменной перемычки, уменьшая эрозию ствола на его начальном участке.

Генерируемая ускорителем импульсная гиперзвуковая плазменная струя выходит в пространство, заполненное азотом, происходит распыление материала, наработанного электроэрозионным путем с внутренней поверхности титанового ствола 1 и с поверхности медных шин 18, и формирование нанодисперсных частиц сверхтвердого материала.

Предложенное устройство испытано в следующих условиях: емкость конденсаторной батареи 17 составляла 48 мФ, ее зарядное напряжение - 3,0 кВ, длина титанового ствола 1 равна 275 мм, внутренний диаметр ствола - 21 мм, площади поверхности ствола составляла 18134 кв. мм, медные шины 18 круглого сечения диаметром 1,6 мм, количество медных шин - 4 шт.Площадь поверхности медных шин 18 составляла 5526 кв. мм, т.е. 30% от площади поверхности титанового ствола 1. Давление азота - 1,0 атм. В результате такого эксперимента получена шихта нанодисперсного порошка нитрида титана с включением распределенных частиц меди. Рентгеноструктурный анализ показал, что шихта состоит из кристаллических фаз cTiN - 90% и Cu - 10%.

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, выполненный в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического титанового ствола, внутри которого размещена плавкая перемычка из титановых проволочек, электрически соединяющая начало ствола и титановый центральный электрод, который присоединен к одной из клемм цепи питания ускорителя, цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленного 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, внутри цилиндрического титанового ствола размещена цилиндрическая медная вставка, отличающийся тем, что медная вставка выполнена в виде продольно размещенных медных шин круглого сечения, длина которых равна длине титанового ствола, причем площадь поверхности медных шин составляет до 30% от площади поверхности титанового ствола.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования плазмы. Магнитогидродинамическое моделирующее устройство включает в себя плазменный контейнер, в который помещен первый ионизируемый газ, первый электрический контур, расположенный рядом с плазменным контейнером, содержащий промежуток, электрические контакты на первой и второй сторонах промежутка, и первое вещество, имеющее, по меньшей мере, низкую магнитную восприимчивость и высокую проводимость.

Изобретение относится к области получения направленных потоков низкотемпературной плазмы с большим током и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной оптики.

Изобретение относится к материаловедению и энергетике и может быть использовано для получения углеродных наноматериалов из угля с применением плазменных технологий.

Изобретение относится к области плазменной техники. .

Изобретение относится к газовой и химической отраслям промышленности и предназначено для очистки газов от твердых, жидких, паро- и газообразных неорганических и органических веществ, деструкции и конверсии газов.

Изобретение относится к плазменной энергетике, конкретно к гибридным источникам энергии для получения электричества, горячего воздуха, горячей воды и горячего водяного пара в интересах коммунального хозяйства, товариществ собственников жилья (ТСЖ), садовых кооперативов, отдельных коттеджей и/или промышленных производств.

Изобретение относится к устройствам технологического оборудования и может быть использовано в технологии производства электронных компонент. .

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. .

Изобретение относится к автомобильному транспорту, использующему в качестве силового привода колес электродвигатели. .

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для инициирования высокочастотной плазмы. Устройство для возбуждения высокочастотного факельного разряда содержит диэлектрическую трубку, установленную в пазу диэлектрического фланца, в осевом отверстии которого размещен полый силовой электрод так, что его глухой заостренный конец расположен внутри цилиндрической диэлектрической трубки, а другой конец силового электрода размещен за пределами диэлектрической трубки и электрически связан с высоковольтным электродом высокочастотного генератора. Конец силового электрода, расположенный за пределами диэлектрической трубки, снабжен двумя штуцерами. Первый штуцер, расположенный на наружном конце силового электрода, соединен с системой водоснабжения. Второй штуцер, ориентированный перпендикулярно оси силового электрода, соединен с системой канализации. На силовом электроде радиально, под острым углом к его оси, установлен дополнительный электрод, конец которого заострен и направлен к месту соприкосновения диэлектрической трубки и внешнего электрода, который своей вогнутой стороной охватывает часть внешней поверхности диэлектрической трубки. Внешний электрод установлен на первом конце штанги, имеющем возможность перемещения параллельно оси диэлектрической трубки, а второй конец штанги, через закрепленную на ней электроизолирующую вставку, соединен с приводом. Технический результат: уменьшение напряжения, необходимого для возбуждения барьерного разряда, инициирующего высокочастотный факельный разряд. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к катодам-компенсаторам, работающим на газообразных рабочих телах. Технический результат - увеличение ресурса надежной работы и снижение трудоемкости изготовления. Плазменный катод содержит полый держатель 1 с торцевыми стенками 2, 3 и проходными отверстиями 4, 5 рабочего тела, внутри которого размещен эмиттер 6, между которыми расположен барьерный слой 7 химически пассивного материала, между внутренними поверхностями 8 полого держателя и наружными поверхностями 9 эмиттера образованы зазоры 10, 10а, 10б, между которыми размещен экран 11. Поверхности экрана покрыты барьерными слоями 7а. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обработки материалов в среде низкотемпературной плазмы газового разряда, а именно к индукционным генераторам плазмы, размещаемым внутри технологического объема (рабочей камеры). Технический результат - повышение КПД устройства; повышение надежности работы устройства, повышение чистоты плазменной среды и увеличение плотности генерируемой плазмы; увеличение срока службы устройства; снижение уровня помех; уменьшение габаритов устройства. В генераторе плазмы по первому варианту выполнения, содержащем спиральную катушку, помещенную внутрь проводящего экрана, внутренняя поверхность которого имеет близкую к цилиндрической форму, причем пространство между витками катушки и между катушкой и экраном заполнено диэлектриком, катушка выполнена плоской, расстояние от плоскости катушки до внешней поверхности диэлектрика меньше удвоенной толщины катушки, а расстояние от плоскости катушки до основания внутренней поверхности экрана больше удвоенного расстояния от плоскости катушки до внешней поверхности диэлектрика. В генераторе плазмы по второму варианту выполнения катушка выполнена плоской, экран выполнен в виде кольца, ось которого перпендикулярна плоскости катушки, край кольца, обращенный к объему, в котором требуется создание плазмы закрыт диэлектриком. В генераторе плазмы по третьему варианту выполнения экран электрически соединен с одним из концов катушки, а диэлектрическая проницаемость диэлектрика находится в пределах от 2,5 до 50. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 7 ил.

Заявленная группа изобретений относятся к области электрофизики, в частности к технике диагностики плазмы, и может быть использована для измерения электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы в широком диапазоне исследуемых параметров. Заявленный способ включает установку зонда в плазму, приложение к зонду дискретных ступенчатых импульсов напряжения, регистрацию вольтамперной характеристики, измеряют потенциал пространства плазмы, напряжение каждой последующей ступени в импульсе задают большим по сравнению с предыдущей, ступени формируют с временными интервалами между ними, во время которых потенциал на зонде устанавливают равным потенциалу пространства плазмы. При этом длительность каждой ступени и интервалы времени между ними устанавливают не менее времени восстановления квазинейтральности плазмы. Устройство для зондовой диагностики плазмы содержит источник питания, зонд, генератор дискретных ступенчатых импульсов напряжения и блок измерения, генератор запускающих импульсов, соединенный с генератором дискретных ступенчатых импульсов. Генератор дискретных ступенчатых импульсов состоит из блока коммутации, источников постоянной ЭДС и микропроцессора, управляющего блоком коммутации, а блок измерения включает набор переключаемых резисторов. Технический результат заключается в повышении точности определения параметров плазмы (концентрации и температуры). 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложены варианты систем для сжатия плазмы и способов сжатия плазмы, в которых могут быть достигнуты давления плазмы выше предела прочности твердого материала, за счет впрыска плазмы в воронку жидкого металла, в которой плазма сжимается и/или нагревается. Технический результат - повышение плотности плазмы. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области плазменной обработки поверхности. Способ заключается в том, что придают конструктивному элементу или конструктивным элементам (1), по меньшей мере, одно вращательное движение относительно, по меньшей мере, одного ряда неподвижно расположенных в линию элементарных источников (2), причем ряд или ряды расположенных в линию элементарных источников (2) размещают параллельно оси конструктивного элемента или осям вращения конструктивных элементов. Технический результат - повышение однородности обработки на множестве поверхностей конструктивных элементов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. Генератор дуговой плазмы с многоступенчатой подачей газа содержит катод и анод. Анод выполнен, по меньшей мере, из двух участков, причем любые два соседних анодных участка электрически соединены друг с другом. Между любыми двумя соседними анодными участками обеспечены направляющие газ отверстия, которые являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают газовый поток, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие. Технический результат - повышение надежности работы генератора плазмы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в металлообработке для плазмохимического модифицирования поверхности металлов (ионно-плазменное азотирование, плазменное оксидирование и т.д.), для плазменной обработки полимерных материалов (уменьшение пористости, изменение гидрофобных свойств и т.д.). Трансформаторный плазматрон содержит замкнутую газоразрядную камеру с системой магнитопроводов с первичными обмотками, держатель для фиксирования обрабатываемого материала, источник питания, при этом газоразрядная камера включает рабочую камеру и одну или более одинаковых П-образных камер с меньшим внутренним диаметром и меньшей либо равной длиной, каждая из которых имеет систему разборных магнитопроводов с первичными обмотками и установлена так, что вместе с рабочей камерой образует замкнутый путь для тока газового разряда. В данном изобретении достигается существенное увеличение скорости и качества процесса, коэффициента полезного действия устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электродуговым плазмотронам с водяной стабилизацией дуги и может быть эффективно использовано при резке всевозможных металлов. Технический результат - упрощение конструкции, увеличение мощности плазмотрона, энтальпии получаемой плазмы, скорости резки. Электродуговой плазмотрон содержит соосно и последовательно установленные охлаждаемые катодный узел, изолятор, вихревую камеру, систему ввода плазмообразующего газа и жидкости и анодный узел с соплом-анодом, установленным с межэлектродным зазором относительно катодного узла и образующим полость для жидкостной стабилизации дуги,переходящей на выходе в водяной экран. Полость в анодном сопле выполнена из двух сопряженных конических поверхностей: стенка на 2/3 длины начального участка полости составляет угол наклона α1=5-10°, далее α2=30-45° до цилиндрического участка на выходе, длина которого равна 0,5-0,8 его диаметра, при этом параметры анодного сопла определяют характер жидкостной стабилизации плазменной струи и защитные характеристики водосборника-рассекателя. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к инструментам для осуществления плазменной коагуляции ткани. Инструмент включает устройство подачи окислительного средства, устройство подачи газа и электрод для получения плазмы, устройство предотвращения карбонизации ткани при плазменной коагуляции. Устройство предотвращения карбонизации выполнено с возможностью приготовления смеси газа и окислительного средства для получения плазмы газа и окислительного средства, при этом предусмотрено двухкомпонентное распылительное устройство для подачи окислительного средства, являющееся самовсасывающим двухкомпонентным распылительным устройством. Использование изобретения позволяет повысить однородность обработки ткани. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх