Способ нагрева электродов и создания самостоятельного дугового разряда с поджигом от тонкой металлической проволочки в свободном пространстве в магнитном поле


 

H05H1/00 - 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 2554085:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Технический результат - возможность зажигания самостоятельного дугового разряда в открытом свободном пространстве. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую металлическую проволочку, которая размещается в свободном пространстве между электродами, при таком расстоянии между ними, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка. При этом разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле, уменьшающее уход положительных ионов из разрядного промежутка, что служит дополнительным источником тепла для испарения электродов. 1ил.

 

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом в которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между катодом и анодом, контактируя с ними. Расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд без проволоки не возникает. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка. При этом разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле, уменьшающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что служит дополнительным источником тепла для испарения электродов.

Технический результат изобретения - разработка способа нагрева электродов и зажигания самостоятельного дугового разряда с поджигом от тонкой металлической проволочки в магнитном поле.

Известен способ нагрева электродов и создания дугового разряда при подаче напряжения между электродами за счет взрыва тонкой проволочки, расположенной между ними [1].

Этот способ не позволяет зажигать самостоятельный дуговой разряд, поскольку он прекращается, как только пары проволочки уходят из разрядного промежутка в окружающее разрядный промежуток пространство.

Известен способ нагрева электродов и зажигания самостоятельного дугового разряда в разрядном промежутке при помещении электродов в камере с отверстиями для подсоса и обеспечения протока воздуха через разрядный промежуток [2].

Этот способ не позволяет нагревать катод и зажигать самостоятельный дуговой разряд в разрядном промежутке в открытом свободном пространстве, не ограниченном стенками камеры.

Известен также «Способ управления зажиганием приборов дугового разряда с жидким катодом» при действии на разряд с радиальным электрическим полем переменным магнитным полем, выталкивающим плазму из разрядного промежутка [3].

Этот способ не позволяет нагревать катод и зажигать самостоятельный дуговой разряд.

Техническая задача, решаемая в предложенном изобретении, заключается в разработке способа нагрева электродов и создания самостоятельного дугового разряда в свободном пространстве при плавлении и испарении проволочки, помещенной между электродами, внутри разрядного промежутка при размещении канала разрядного промежутка в перпендикулярное к нему магнитное поле, уменьшающее уход положительных ионов из разрядного промежутка, что служит дополнительным

источником тепла для испарения электродов с целью непрерывного поступления паров металла в разрядный промежуток.

Поставленная задача достигается тем, что между анодом и катодом в свободном пространстве при фиксированном расстоянии между ними плавится и испаряется тонкая металлическая проволочка. При этом происходит разогрев электродов и зажигается самостоятельный дуговой разряд в случае, когда поперек разрядного канала прикладывается магнитное поле, что приводит к уменьшению потерь заряженных частиц и к появлению избыточного тепла, приводящего к непрерывному поступлению в разрядный промежуток паров металла из электродов за счет бомбардировки их частицами и световыми квантами.

Данный способ впервые дает возможность нагреть электроды и зажечь самостоятельный дуговой разряд в свободном пространстве в разрядном промежутке с расстоянием между электродами, при котором без магнитного поля он самопроизвольно не зажигается.

Сущность способа заключается в следующем. Тонкая металлическая проволочка помещается между электродами, контактируя с ними. При этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором дуга в свободном пространстве самопроизвольно не образуется. На электроды подается напряжение от источника питания. Возникающий электрический ток плавит и испаряет тонкую проволочку. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка в парах металла проволочки. Однако при этом возникает несамостоятельный разряд. Пары металла проволочки быстро уходят из разрядного промежутка и разряд гаснет.

В том случае, если поперек разрядного канала прикладывается магнитное поле, уменьшающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка под действием силы Ампера, появляются избыточные заряды, бомбардирующие электроды, что обеспечивает их дополнительный разогрев. При этом между электродами возникает самостоятельный дуговой разряд, причем пары металла для поддержания разряда непрерывно поступают из самих раскаленных электродов [4]. Таким образом, происходит дополнительный нагрев электродов, обеспечивающий непрерывное поступление паров металла в разрядный промежуток, и между электродами возникает самостоятельный дуговой разряд.

Схема осуществления способа показана на чертеже (см. рис. 1). Проволочка 1 натянута между катодом 2 и анодом 3 и контактирует с ними. Направление магнитного поля, перпендикулярное проволочке, указано стрелкой 4, направленной на север. Для подачи напряжения на электроды использовался выпрямительный агрегат «Дельфин» 5 с выпрямленным напряжением 220 В. Разрядный ток в максимуме менялся в области 10-50 А с помощью переменного сопротивления. Длительность разряда около 0,1 секунды. Использовались электроды различной формы из железа, меди, латуни, тантала, титана, нержавеющей стали, графита. Брались проволочки разных металлов и сплавов (Cu, Ni, Fe и другие). Диаметр проволочек менялся в интервале 0,04-0,1 мм, а их длина от 10 до 30 мм.

При подаче напряжения на разрядный промежуток с проволочкой, натянутой между электродами, происходит нагрев электродов и возникает самостоятельный дуговой разряд в атмосфере в том случае, если разрядный канал помещают в перпендикулярное к каналу магнитное поле, уменьшающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка. Это создает дополнительный источник тепла, необходимый для испарения электродов и непрерывного поступления паров металла в разрядный промежуток.

Поперечное к разрядному каналу магнитное поле создавалось полосовым магнитом. Величина магнитного поля составляла несколько Эрстед (в опытах не превышала 5 Э).

В отсутствие проволочки между электродами разряд не возникает из-за высокого напряжения пробоя. При атмосферном давлении в воздухе при расстоянии между электродами 0,01 м пробой происходит при напряжении 31000 В [5]. В присутствии

проволочки, но в отсутствие перпендикулярного к разрядному каналу магнитного поля между электродами возникает импульсный кратковременный несамостоятельный разряд [1].

Таким образом, в предложенном способе впервые решена проблема нагрева электродов и создания самостоятельного дугового разряда в свободном пространстве при плавлении и испарении проволочки в разрядном промежутке в том случае, если разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле, уменьшающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что приводит к появлению дополнительного тепла, необходимого для испарения электродов и непрерывного поступления паров металла в разрядный промежуток.

Способ прост в осуществлении и эффективен. Его можно применять в научных исследованиях и технике, например при сварке.

Источники информации

1. Р.Н. Кузьмин, Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2388192. 2008.

2. Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2368472. 2009.

3. В.Б. Беляев, И.М. Цинман. SU. Патент на изобретение №426261. 1974.

4. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. М.: «Наука». 1987, с. 426, 433.

5. Радиофизическая электроника, редактор Н.А. Капцов. Издательство МГУ, 1960, с. 497.

Способ нагрева электродов и создания самостоятельного дугового разряда с поджигом от тонкой металлической проволочки в свободном пространстве в магнитном поле, в котором между электродами с фиксированным расстоянием между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, при этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд самопроизвольно без проволочки не зажигается, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки, отличающийся тем, что для перевода несамостоятельного разряда в самостоятельный дуговой разряд разрядный канал в свободном пространстве помещают в перпендикулярное к каналу магнитное поле, уменьшающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что приводит к появлению дополнительного тепла, необходимого для непрерывного поступления в разрядный промежуток паров металла при испарении электродов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к источникам нейтронного излучения и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Заявленный импульсный нейтронный генератор содержит размещенные коаксиально в герметичном корпусе (1), залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку (2), накопительный конденсатор (9) и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой (5) и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном (4).

Изобретение относится к многофорсуночной трубообразной плазменной горелке-осадителю для производства заготовок для изготовления оптических волокон. К горелке подводится поток среды, содержащий стеклянный исходный материал и газ-носитель, и создается перпендикулярная ориентация продольной оси горелки относительно центральной оси подложки.

Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано в полупроводниковой и других отраслях промышленности, где необходима модификация поверхностей материалов.

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), составной частью которых является катод как генератор плазмы.

Изобретение относится к области лазерных технологий. Способ получения оптического разряда в газе состоит в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к электроразрядным устройствам типа “плазменный фокус”, и может быть использовано в качестве генератора разовых импульсов рентгеновского и нейтронного излучений для исследовательских и прикладных задач.

Изобретение относится к области плазменной обработки материалов, в частности для нанесения покрытий, и может найти применение в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к плазменному устройству для химического осаждения покрытия из паровой фазы (CVD) на подложку в виде пленки или листа. Устройство включает вакуумную камеру, пару роликов для напыления, расположенных в вакуумной камере, вокруг которых намотана подложка, которая является мишенью для осаждения, и генерирующую магнитное поле секцию, которая генерирует генерирующее плазму магнитное поле на поверхности роликов для напыления, формируя участок для осаждения, на котором напыляют покрытие на упомянутую подложку.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения факела (подсветки), для воспламенения мелкодисперсного твердого топлива с предварительной электротермохимической подготовкой (ЭТХП).

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к способам создания плазменных антенн. Способ создания импульсной плазменной антенны включает облицовку внутренней поверхности выемки в заряде взрывчатого вещества, инициирование заряда взрывчатого вещества со стороны, противоположной выемке, и метание материала облицовки в окружающее пространство со скоростью, достаточной для ионизации ионизируемого материала при их движении в атмосфере, с формированием плазменной антенны.

Изобретение относится к системам получения заряженных частиц больших энергий и предназначено для применения в области ядерной физики и ядерных технологий. Ускоритель заряженных частиц содержит вакуумную камеру в форме участка кольцевой трубы, на торцах которого внутри находятся источник заряженных частиц и мишень.

Изобретение относится к области генерирования пучков заряженных частиц и может быть использовано при исследовании взаимодействия потоков заряженных частиц с веществом, в квантовой электронике, катодолюминесцентном анализе, плазмохимии и других областях.
Изобретение относится к области формирования и генерирования пучков заряженных частиц и может быть использовано в катодолюминесцентном анализе вещества, плазмохимии, квантовой электронике и т.д.

Изобретение относится к области формирования и генерирования пучков заряженных частиц и может быть использовано в катодолюминесцентном анализе вещества, плазмохимии, квантовой электронике и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электронным и газоразрядным устройствам, и может быть использовано при создании устройств, моделирующих условия ионосферы Земли, в научных исследованиях характеристик элементарных процессов при столкновениях отрицательных ионов с нейтральными и заряженными частицами, а также при генерации атомных пучков.

Изобретение относится к области плазменной техники. Электрод для дуговой плазменной горелки содержит наружную стенку в целом цилиндрической формы, торцевую стенку и выступ. Торцевая стенка соединена с дистальным торцом наружной стенки и служит опорой для эмитирующего элемента, расположенного в целом в ее центральной области. Основание выступа расположено в целом в центральной области торцевой стенки, а конфигурация выступа позволяет ему соединяться разъемным соединением с электрододержателем, при этом выступ имеет такую конфигурацию, что между выступом и электрододержателем образуется, по меньшей мере, один канал для прохождения охлаждающей среды, когда электрод соединен с электрододержателем. В вариантах воплощения изобретения разъемное соединение содержит резьбовое соединение, при этом на выступе нарезана резьба для разъемного соединения с имеющей резьбу трубкой охлаждения электрододержателя. В других вариантах воплощения изобретения, по меньшей мере, один канал для прохождения охлаждающей среды образован этим резьбовым соединением. Технический результат - повышение срока службы электрода. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к физике плазмы. Технический результат состоит в повышении надежности. Сверхпроводящий соленоид с гофрированным магнитным полем позволяет получить в области пространства длиной 1,6 м и диаметром 0,16 м постоянное по времени аксиально-симметричное магнитное поле с периодом гофрировки 0,43 м с максимальным и минимальным значениями поля на оси соленоида 7,3 Тл и 4 Тл, соответственно. Изменением токов в обмотках соленоида пробочное отношение можно изменять в пределах R=1÷1,8. В его конструкции предусмотрена возможность установки последовательно нескольких идентичных соленоидов, для создания протяженного магнитного поля гофрированной конфигурации, например, три секции, установленных последовательно, создадут гофрированное магнитное поле протяженностью ~5 м. Поскольку соленоид предназначен для проведения экспериментов с высокотемпературной термоядерной плазмой, в его конструкции предусмотрена необходимая защита от теплового воздействия излучения плазмы на сверхпроводящую часть соленоида. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения импульсной низкотемпературной плазмы и может быть использовано в плазмохимии, машиностроении и для экспериментальных исследований. Технический результат - повышение производительности производства и снижение себестоимости обработки в технологических процессах для поверхностного нанесения различных металлов плазменной струей в импульсном режиме без объемного нагрева и деформации, а также для плазменной очистки обрабатываемых поверхностей, позволяющей удалять коррозионный слой. Устройство содержит блок-камеру предварительной подготовки плазмообразующего газа с распределением потока на вход сужающего сопла, для создания ламинарного потока плазмообразующего газа. Сопло выполнено перфорированным, образующим внутренний канал с переменным сечением, направляющим поток непосредственно к поверхности электродов. Дополнительно введены четыре тангенциальных выхода, создающие в комплексе ламинарный поток газа непосредственно на поверхности электродов, вспомогательный импульсный источник старта дуги; электроды из металлических водоохлаждаемых трубок с токоподводом на изоляторах, расходящихся под углом 2°, с закругленными торцевыми поверхностями в сторону выхода плазменного потока. Внутренний канал данного устройства заканчивается водоохлаждаемым соплом, обжимающим поток плазмы, направленной на обрабатываемое изделие. 2 ил.
Наверх