Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы



Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы
Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы
Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы
Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы
Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы
Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы

 

H05H1/24 - 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 2513119:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для упрочняющей обработки деталей из сталей и сплавов цветных металлов методом плазменного азотирования. Заявленный способ включает установку полого катода из титана в разрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку через полый катод рабочего газа - азота, приложение между анодом и полым катодом напряжения и зажигание тлеющего разряда, ток которого задают таким, чтобы в течение нескольких минут температура полого катода увеличилась до температуры, близкой к температуре плавления титана (1668±4°С), формирование на поверхности полого катода слоя нитрида титана и переход разряда в низковольтный дуговой режим с термоэмиссионным катодом. Затем производят тренировку катода в дуговом режиме, для чего увеличивают ток дугового разряда при одновременном снижении напряжения его горения, поддерживая температуру полого катода близкой к температуре плавления титана, и в таком режиме поддерживают разряд в течение 40 мин. Техническим результатом является возможность изменения параметров разряда в широких пределах, ограниченных достижением температуры плавления нитрида титана (2950°С), а также многократное повышение тока разряда. 6 ил.

 

Изобретение относится х плазменной технике, в частности к устройствам генерирования плазмы в среде азота, применяющимся для упрочняющей обработки деталей механизмов и машин, штампового и режущего инструмента путем диффузионного насыщения поверхностного слоя сталей и сплавов атомарным азотом из плазмы газового разряда.

Известен способ азотирования в плазме электронного пучка, в котором для генерации эмитирующей электроны плазмы используется тлеющий низковольтный разряд с холодным катодом, часть анода в котором выполнена в виде мелкоструктурной сетки, а для ускорения электронов и формирования электронного пучка с большим поперечным сечением используется слой пространственного заряда между плазмой газового разряда, положение эмитирующей поверхности которой стабилизировано мелкоструктурной сеткой, и плазмой, создаваемой низкоэнергетичным электронным пучком в плазменной камере [1]. В такой газоразрядной системе электронный пучок не только генерирует плазму, но и нагревает помещаемые в нее изделия, обеспечивая их азотирование без использования дополнительных источников нагрева.

Однако ток тлеющего разряда ограничен переходом в дугу на уровне несколько ампер, кроме того, высокое напряжение горения тлеющего разряда (~500 В) приводит к значительному потреблению мощности в разряде. В результате, такая система азотирования имеет ограничения по производительности и эффективности процесса.

Увеличение тока при одновременном снижении напряжения горения достигается переходом к дуговому разряду [2], однако дуга с катодным пятном из-за перемещения пятна генерирует нестабильную во времени и пространстве плазму. Большую стабильность параметров плазмы обеспечивает дуга с термоэмиссионным катодом как стержневым, так и полым, причем в диапазоне давлений (0,01-10 Па) целесообразно использовать дуговой разряд с самонакаливаемым полым катодом, для которого в отличие от стержневых катодов не требуется систем накала катода, что упрощает конструкцию источника электронов, кроме того, такие системы могут иметь более высокий ресурс. В качестве материала для полых самонакаливаемых катодов используют металлы с высокой температурой плавления (вольфрам, тантал, ниобий и др.[3]), так как согласно уравнению Ричардсона-Дэшмана такие катоды обеспечивают более высокую плотность тока эмиссии электронов.

Недостаток такого метода заключается в высокой стоимости катодов из высокотемпературных металлов, расход которых оказывается достаточно велик из-за ионного распыления, ограничивающего срок службы самонакаливаемых полых катодов, который при токах разряда ~10 А составляет несколько сотен часов. В дуговых плазматронах, работающих с большими токами разряда (1 кА) в среде азота или кислорода, используют термохимические катоды в виде вставок из высокотемпературных циркония или гафния, на поверхности которых в процессе функционирования катодного пятна образуются нитриды или оксиды этих металлов с повышенными эмиссионными свойствами [4]. Однако в самонакаливаемых полых катодах с распределенной термоэмиссией такой подход ранее не использовался.

Технической задачей изобретения является создание в системе генерации азотной плазмы самонакаливаемого полого катода из невысокотемпературного материала и повышение срока его службы в разряде, генерирующем азотную плазму. Для решения этой задачи предлагается сформировать самонакаливаемый полый катод с повышенной плотностью тока из нитрида титана путем предварительной кратковременной тренировки полого катода из титана в разряде в азоте, в результате которой на поверхности катода формируется слой нитрида титана с повышенной температурой плавления и пониженной работой выхода электронов, который обеспечивает возможность повышения температуры и многократного увеличения тока разряда полого катода, что при дальнейшей эксплуатации полого катода обеспечивает формирование фазы нитрида титана по всей толщине полого катода за время, существенно меньшее срока службы такого полого катода.

Задача решается следующим способом: в газоразрядную систему низкого давления, содержащую анодный электрод, устанавливают полый катод из титана, температура плавления которого составляет (1668±4°С), создают поток рабочего газа - азота через полый катод, прикладывают между анодом и полым катодом напряжение и зажигают тлеющий разряд между холодным полым катодом и анодом, сочетанием тока и напряжения в котором задают температуру полого катода, близкой, но меньшей температуры его плавления (~1600°С). В результате быстрой диффузии азота в титан на поверхности полого катода формируется слой нитрида титана, обладающего высокой температурой плавления (2950°С) и низкой работой выхода электронов (2,92-3,75 эВ) [5]. По мере повышения температуры катода разряд переходит в сильноточный низковольтный дуговой режим горения, при котором рост тока сопровождается снижением напряжения горения. В таком режиме, параметры разряда в котором ограничиваются сверху температурой плавления титана (1668+4°С), проводят тренировку катода в течение 40 мин, после чего прекращают тренировку и устанавливают требуемый максимальный рабочий ток полого катода. При дальнейшем использовании катода в процессе азотирования изделий толщина слоя нитрида титана постепенно возрастает до толщины стенки полого катода, в результате параметры разряда можно менять в широких пределах, ограниченных достижением температуры плавления нитрида титана (2950°С).

Отличие предложенного способа от традиционных способов формирования полых катодов заключается в том, что самонакаливаемый полый катод с высокой плотностью эмиссионного тока (несколько А/см2) не изготавливается из металла с высокой температурой плавления или из проводящего высокотемпературного нитрида металла с использованием трудоемкого и сложного метода порошковой металлургии, а формируется на стадии кратковременной тренировки (40 мин) титанового катода, в начале которой устанавливается максимальный ток тлеющего разряда с холодным катодом, ограниченный достижением температуры плавления титанового катода, затем в результате высокотемпературного азотирования титана на внутренней поверхности катода начинается быстрый рост слоя нитрида титана, стойкого к плавлению и распылению под действием ионной бомбардировки, при достижении толщины которого ~50 мкм создаются условия для повышения тока разряда и мощности, выделяющейся на катоде. После завершения процесса тренировки и достижения максимального рабочего тока полого катода дальнейший фазовый переход титана в нитрид титана по всей толщине катода происходит в процессе работы катода в устройстве генерации азотной плазмы за время, существенно меньшее ресурса катода.

Способ осуществляется следующим образом. В газоразрядную систему устройства для азотирования изделий из сталей и сплавов (фиг.1) в плазме электронного пучка помещают трубчатый титановый катод (1). Давление азота в газоразрядной системе устанавливают 1 Па. Через катодную полость прокачивают азот, прикладывают между хатодом (1) и анодом(2) (на другой торцевой части анода установлен сетчатый электрод (4) на расстоянии от сетки располагались азотируемые образцы (5)) напряжение, которое задается источником питания постоянного тока (3), и зажигают тлеющий разряд низкого давления с параметрами, при которых выделяемая на катоде (1) мощность не приводит к плавлению полого катода (1), температура плавления которого 1668±4°С, но достаточна для нагрева катода (1) свыше температуры фазового а-β перехода в титане (882°С). После достижения высокой температуры катода (1), обеспечивающей термоэмиссию катода и переход разряда в дуговой режим, для которого характерно снижение напряжения горения с ростом тока, увеличивают ток дугового разряда до уровня, при котором температура катода (1) не превышает температуру плавления титана (1668±4°С), и в течение 40 мин производят тренировку катода (1). Максимальный рабочий ток полого самонакаливаемого катода (1) после тренировки многократно превышает максимальный ток полого катода (1) из титана.

Пример реализации предложенного метода. В экспериментах использовался полый катод, внешний диаметр которого составлял 10 мм, толщина стенки 1 мм, длина - 70 мм (фиг.1). Материал катода - титан марки ВТ1-0. Полый катод 1 устанавливался напротив торцевой части анода 2 диаметром 150 мм, длиной 150 мм, на другой торцевой части анода устанавливался сетчатый электрод 4 с площадью сетки 80 см2 и размером отверстий 1-5 мм. На расстоянии от сетки 120 мм располагались азотируемые образцы 5, к которым прикладывался ускоряющий потенциал. Через полый катод в разрядный промежуток напускался азот, давление которого в области размещения образцов составляло 1 Па. Между катодом и анодом зажигался тлеющий разряд постоянного тока (1 А, 300 В). В течение 2 мин катод разогревался до температуры ~1600°С, обеспечивающей термоэмиссию, в результате ток разряда повышался до 4 А, а напряжение снижалось до 100 В. В таком режиме в течение 40 мин проводилась тренировка катода. За это время на поверхности катода формировался слой нитрида титана толщиной до 50 мкм и подслой толщиной 150 мкм, соответствующий твердому раствору азота в титане (фиг. 2). После окончания тренировки ток разряда увеличивался до 20 А, напряжение горения разряда при этом снижалось до 50 В (фиг. 3).

После завершения тренировки полого катода из плазмы сильноточного разряда с полым самонакаливаемым катодом извлекался электронный пучок с током до 30 А и регулируемой в пределах 0,1-1 кэВ энергией электронов. Пучок ионизовал Ar-N2 газовую смесь и нагревал изделия, помещенные в плазму. Подбором параметров пучка и напряжения смещения на образцах устанавливались требуемая температура образцов и плотность ионного тока и в течение заданного времени проводился процесс азотирования изделий.

На фиг. 4 приведен результат измерения микротвердости в поперечном сечении полого катода после 40 ч работы с током 10 А, проведенный с использованием микротвердомера ПМТ-3 при различных нагрузках, где HV - измеренная микротвердость по методу Виккерса, а на фиг. 5 - результаты рентгеновского фазового анализа материала активной зоны катода, из которых следует, что во всем объеме активной зоны катода сформировался нитрид титана.

На фиг. 6 показана зависимость температуры внешней поверхности тренированного полого катода в функции тока разряда, измеренная оптическим пирометром. Видно, что при токах свыше 20 А температура внешней поверхности катода превышает температуру плавления титана. Расчет перепада температуры по толщине стенки катода с учетом коэффициента теплопроводности нитрида титана (5 Вт/ (м °К) и доли мощности, выделяемой на катоде (25%), в рабочем диапазоне токов дает значения 40-100°К. Оценки, проведенные с использованием уравнения Ричардсона-Дэшмана, показывают, что рост тока обусловлен как увеличением рабочей температуры катода, так и снижением работы выхода электронов, расчетные значения работы выхода нитрида титана составили 3,2-3,5 эВ, что находится в удовлетворительном согласии с данными [5]. Проведенные оценки скорости эрозии катода (1·107 г/Кл) при работе в среде азота показывают, что при рабочем токе 10 А ресурс катода составит не менее 300 ч.

Источники информации

1. Н.В. Гаврилов, А.С. Мамаев. «Способ плазменного азотирования изделия из стали или цветного сплава». Патент РФ на изобретение №2413033, приоритет от 11.01.2009.

2. П.М. Щанин, Н.Н. Коваль, Ю.Х. Ахмадеев «Генерация газоразрядной плазмы в дуговом источнике с холодным полым катодом» // ПТЭ, №3, с.62-66, (2005).

3. Delcroix J.L., Trindade A.R. // Advances in Electronics and Electron Physics. 1974. V. 37. P. 87-190.

4. M.F. Zhukov, A.V. Pustogarov, G.-N.B. Dandaron, A.N. Timoshevsky, Thermochemical cathodes, Novosibirsk, 1985.

5. G.V. Samsonov, Nitrides, Kiev, Naukova Dumka, 1969.

Способ формирования самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для системы генерации азотной плазмы, включающий установку полого катода из титана в разрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку через полый катод из титана азота, приложение между анодом и полым катодом из титана напряжения и зажигание тлеющего разряда между полым катодом из титана и анодом, ток в котором задают максимальным, при котором в течение нескольких минут полый катод из титана нагревается до температуры, превышающей температуру α-β перехода в титане (882°С), но не достигающей температуры плавления титана (1668±4°С), что обеспечивает интенсивную диффузию азота в титан и формирование на поверхности полого катода из титана слоя нитрида титана, обладающего высокой температурой плавления и низкой работой выхода электронов, и переход полого катода из титана в режим термоэмиссии, затем ток разряда повышают до 4 А, при этом напряжение его горения автоматически снижается до 100 В и такой режим поддерживают в течение (не менее) 40 мин, в процессе чего на поверхности полого катода формируется слой нитрида титана толщиной до 50 мкм и подслой твердого раствора азота в титане толщиной 150 мкм, по завершении этого процесса устанавливают требуемую рабочую величину тока разряда и переходят в рабочий режим азотирования, в процессе которого слой нитрида титана формируется по всей толщине стенки полого катода в его рабочей зоне, что позволяет изменять параметры разряда в широких пределах, ограниченных температурой плавления нитрида титана.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.).

Изобретение относится к области плазменной техники. Генератор дуговой плазмы с многоступенчатой подачей газа содержит катод и анод.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

Изобретение относится к области электричества, касается способа модификации ионосферной плазмы, который может быть использован для исследования околоземного пространства, задач дальней НЧ радиосвязи, а также в целях радиопротиводействия. Способ модификации ионосферной плазмы включает формирование искусственных плазменных образований за счет ударных волн, расходящихся от мест взрывов отдельных пиропатронов Отстрел пиропатронов производят от кассеты по радиальным направлениям, формирование расходящихся ударных волн осуществляют путем одновременного взрыва всех пиропатронов, при этом плазменное образование с возбужденными в нем импульсными электромагнитными полями формируют в центральной области воздействия за счет сходящейся ударной волны, образующейся в результате смыкания фронтов от отдельных взрывов. Технический результат - увеличение мощности импульсных электромагнитных полей, повышение эффективности исследований околоземного пространства, НЧ радиосвязи и радиопротиводействия. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для нагнетания текучей среды. Нагнетательный насос с диэлектрическим барьером для ускорения потока текучей среды содержит первый диэлектрический слой, в который встроен первый электрод, и второй диэлектрический слой, в который встроен второй электрод. Первый и второй диэлектрические слои отстоят друг от друга с образованием воздушного зазора между ними. В воздушном зазоре перед первым и вторым электродами относительно направления потока текучей среды, по меньшей мере частично, размещен третий электрод. Сигнал высокого напряжения подается на третий электрод от источника высокого напряжения. Указанные электроды взаимодействуют для получения в воздушном зазоре противолежащих асимметричных плазменных полей, которые создают индуцированный воздушный поток внутри указанного зазора. Индуцированный воздушный поток ускоряет поток текучей среды при его перемещении через указанный воздушный зазор. Технический результат - ускорение потока текучей среды внутри трубопровода. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться в импульсных плазменных ускорителях, применяемых, в частности, в качестве электроракетных двигателей. Катод (1) и анод (2) эрозионного импульсного плазменного ускорителя (ЭИПУ) имеют плоскую форму. Между разрядными электродами (1 и 2) установлены две диэлектрические шашки (4), выполненные из абляционного материала. Торцевой изолятор (6) установлен между разрядными электродами в области размещения диэлектрических шашек (4). Устройство (9) инициирования электрического разряда подключено к электродам (8). Емкостный накопитель энергии (3) системы электропитания подключен через токоподводы к разрядным электродам (1 и 2). Разрядный канал ЭИПУ образован поверхностями разрядных электродов (1 и 2), торцевого изолятора (б) и торцевых частей диэлектрических шашек (4). Разрядный канал выполнен с двумя взаимно перпендикулярными срединными плоскостями. Разрядные электроды (1 и 2) установлены симметрично относительно первой срединной плоскости. Диэлектрические шашки (4) установлены симметрично относительно второй срединной плоскости. Касательная к поверхности торцевого изолятора (6), обращенной к разрядному каналу, направлена под углом от 87° до 45° относительно первой срединной плоскости разрядного канала. В торцевом изоляторе (6) выполнено углубление (7) с прямоугольным поперечным сечением. В углублении (7) со стороны катода (1) расположены электроды (8). Касательная к фронтальной поверхности углубления (7) направлена под углом от 87° до 45° относительно первой срединной плоскости разрядного канала. Углубление (7) вдоль поверхности торцевого изолятора (6) имеет форму трапеции. Большее основание трапеции расположено у поверхности анода (2). Меньшее основание трапеции расположено у поверхности катода (1). На поверхности торцевого изолятора (6) выполнены три прямолинейные канавки, ориентированные параллельно поверхностям разрядных электродов (1 и 2). Технический результат заключается в увеличении ресурса, повышении надежности, тяговой эффективности, эффективности использования рабочего вещества и стабильности тяговых характеристик ЭИПУ за счет равномерного испарения рабочего вещества с рабочей поверхности диэлектрических шашек. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиочастотным устройствам генерирования плазмы для двигателей внутреннего сгорания. Радиочастотное устройство генерирования плазмы содержит модуль (20) питания, подающий на выходной интерфейс сигнал (U) возбуждения на заданной частоте (Fc), позволяющий получить искру (40) на выходе резонатора (30) генерирования плазмы, соединенного с выходным интерфейсом модуля питания, и модуль (10) управления, задающий частоту модулю питания во время команды на радиочастотное генерирование плазмы. Модуль управления содержит средства для определения оптимальной частоты возбуждения, выполненные с возможностью адаптации заданной частоты (Fc) к условиям резонанса устройства после возникновения искры. Технический результат - возможность управления питанием радиочастотных свечей в каждом цилиндре и повышение срока службы свечей. 2 н.и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявленное изобретение относится к соплу для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Заявленное сопло содержит отверстие для выхода плазменной струи на носке сопла, первый участок, наружная поверхность которого выполнена по существу цилиндрической, и примыкающий к первому участку со стороны носка сопла второй участок, наружная поверхность которого сужается в направлении к носку сопла по существу на конус, при этом предусмотрена, по меньшей мере, одна канавка для подачи жидкости, проходящая частично по первому участку и по второму участку на наружной поверхности сопла в направлении к носку сопла, а также предусмотрена одна отдельная от канавки или канавок для подачи жидкости канавка для отвода жидкости, проходящая по второму участку, или предусмотрены одна канавка для подачи жидкости, проходящая частично по первому участку и по второму участку на наружной поверхности сопла в направлении к носку сопла, и, по меньшей мере, одна отдельная от канавки для подачи жидкости канавка для отвода охлаждающей жидкости, проходящая по второму участку. Техническим результатом является эффективное охлаждение сопла в зоне его носка и предупреждение термической перегрузки. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к технике переработки углеводородного сырья, в частности природного газа, и может быть использовано при получении углеродных нанотрубок и водорода. СВЧ плазменный конвертор содержит проточный реактор 1 из радиопрозрачного термостойкого материала, заполненный газопроницаемым электропроводящим веществом - катализатором 2, помещенный в сверхвысокочастотный волновод 3, соединенный с источником сверхвысокочастотного электромагнитного излучения 5, снабженный концентратором СВЧ электромагнитного поля, выполненным в виде волноводно-коаксиального перехода (ВКП) 8 с полыми внешним и внутренним 9 проводниками, образующими разрядную камеру 11, и системой вспомогательного разряда. Система вспомогательного разряда выполнена из N разрядников 12, где N больше 1, расположенных в плоскости поперечного сечения разрядной камеры 11 равномерно по ее окружности. Продольные оси разрядников 12 ориентированы тангенциально по отношению к боковой поверхности разрядной камеры 11 в одном направлении. На выходном конце внутреннего полого проводника 9 коаксиала ВКП 8 выполнено сопло 10. Каждый из разрядников 12 снабжен индивидуальным газопроводом 13 для подачи плазмообразующего газа в зону разряда. Изобретение позволяет увеличить реакционный объём, производительность и продолжительность непрерывной работы, а также стабилизировать «горение» СВЧ разряда. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электрореактивных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), использующих в своем составе катоды. Технический результат-повышение ресурса и надежности работы катода при больших токах разряда путем выравнивания температур эмитирующих электроны элементов и обеспечения равномерности распределения рабочего тела по этим элементам. Катод плазменного ускорителя по первому варианту содержит полые эмитирующие электроны элементы, трубопровод с каналами для подачи рабочего тела к полым эмитирующим электроны элементам, единый теплопровод, охватывающий с внешней стороны каждый из полых эмитирующих электроны элементов, выполненных в виде тела вращения. Материал теплопровода имеет коэффициент теплопроводности не ниже коэффициента теплопроводности материала этих элементов. Каждый из полых эмитирующих электроны элементов присоединен к отдельному каналу трубопровода, а в каждом канале со стороны подачи рабочего тела установлен дроссель, причем поперечные сечения отверстий дросселей выполнены одинаковыми.Во втором варианте изобретения единый теплопровод охватывает и с внешней стороны по всей длине образующей и по выходному торцу каждый из полых эмитирующих электроны элементов, выполненных в виде тела вращения. В выходном торце единого теплопровода выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями полых эмитирующих электроны элементов, причем проходные сечения отверстий в едином теплопроводе не больше проходных сечений отверстий в полых эмитирующих электроны элементах.2 н.п. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию электрической энергии в тепловую с помощью плазмотрона, и может быть использовано, в частности, в установках газификации отходов. Источник электропитания плазмотрона включает трехфазный мостовой выпрямитель на основе управляемых тиристоров, конденсатор фильтра, регулятор тока, систему управления, при этом каждый из входов выпрямителя подключен к соответствующим фазным обмоткам внешнего силового трансформатора A, B, C, выходные клеммы выпрямителя подключены к конденсатору фильтра и входу регулятора, выходные клеммы регулятора подключены ко входу плазмотрона, система управления подключена к исполнительным узлам регулятора, дополнительно включает второй трехфазный мостовой выпрямитель на основе управляемых тиристоров и регулирующий коммутатор, состоящий из шести тиристоров, причем входные клеммы первого выпрямителя A1, B1, C1 подключены к группе фазных обмоток внешнего трансформатора, соединенных в треугольник, входные клеммы второго выпрямителя A2, В2, С2 подключены к группе фазных обмоток внешнего трансформатора, соединенных в звезду, положительная выходная клемма первого выпрямителя соединена с положительной выходной клеммой второго выпрямителя, положительной клеммой конденсатора фильтра и положительным входом регулятора, отрицательная выходная клемма первого выпрямителя соединена с отрицательной выходной клеммой второго выпрямителя, отрицательной клеммой конденсатора фильтра и отрицательным входом регулятора, катод первого тиристора коммутатора подключен ко входу A1 первого выпрямителя, катод второго тиристора коммутатора подключен ко входу B1 первого выпрямителя, катод третьего тиристора коммутатора подключен ко входу C1 первого выпрямителя, анод четвертого тиристора коммутатора подключен ко входу A2 второго выпрямителя, анод пятого тиристора коммутатора подключен ко входу B2 второго выпрямителя, анод шестого тиристора коммутатора подключен ко входу C2 второго выпрямителя, аноды первого, второго, третьего тиристоров коммутатора объединены с катодами четвертого, пятого, шестого тиристоров коммутатора в одну точку. Технический результат - уменьшение установленной мощности источника питания плазмотрона. 2 ил.

Изобретение относится к области физики плазмы и систем ядерного синтеза, в частности к альтернативным способам удержания горячей плотной плазмы. В заявленном способе формирования компактного плазмоида возбуждение тороидального тока производят индуктивным аккумулятором (основной соленоид с подключенной конденсаторной батареей), затем этот ток прерывают, затем пропускают импульс тока через рабочее вещество в продольном направлении, по крайней мере, через один вспомогательный виток, проходящий в рабочем объеме в продольном направлении. Указанный импульс тока создает тороидальное магнитное поле, после чего возобновляют подачу тороидального тока в направлении, противоположном первоначальному направлению через дополнительный соленоид, намотанный соосно основному соленоиду, для отжатая плазмоида от стенки основного соленоида и сжатия плазмоида. Техническим результатом является повышение энерговклада в плазму и уровня захваченного магнитного потока при формировании компактной плазменной конфигурации.4 ил.

Система электростатического ионного ускорителя, содержащая ионизационную камеру (IK), которая имеет на одной стороне в продольном направлении отверстие для выхода струи, электродную систему, содержащую анодную систему (AN) и катодную систему (KA), которая создает в ионизационной камере электростатическое поле, ориентированное в продольном направлении, при этом анодная система расположена противоположно выходному отверстию у основания камеры. Анодная система отдает преобладающую часть возникающего в ней тепла потерь в ионизационную камеру (IK) в виде теплового излучения (WS), причем в ионизационную камеру подается нейтральный рабочий газ и в ней ионизируются положительно заряженные ионы. Система ионного ускорителя образует привод космического летательного аппарата, магнитная система, окружающая ионизационную камеру, создает в ионизационной камере магнитное поле; отражательное устройство для теплового излучения содержит отражательную поверхность с излучательной способностью, которая меньше, предпочтительно составляет максимально половину излучательной способности обращенной к ионизационной камере поверхности передней стороны анодного электрода. Технический результат - упрощение конструкции. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх