Способ излучения энергии и устройство для его осуществления (плазменный излучатель)
Изобретение относится к области плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя. Технический результат - упрощение образования плазмы, которая образуется с помощью энергии емкостной камеры, переходящей в разрядную камеру, напряженность электрического поля которой превышает напряжение пробоя, например воздуха, подаваемого из воздушной камеры в разрядную. Причем напряженность электрического поля суммируется с напряженностью суммарного магнитного поля, образованного, по меньшей мере, одной парой индуктивностей, вырабатывающих суммарное магнитное поле с постоянным средним значением вектора Пойтинга, направленного вдоль оси излучения. При этом энергия емкостной камеры увеличивается за счет сложения энергии дополнительно включенного параллельно емкостной камеры конденсатора, а количество подаваемого в разрядную камеру воздуха регулируется давлением, создаваемым в воздушной камере. При этом коаксиально излучающему одной парой индуктивностей суммарному магнитному полю излучается второе суммарное высокочастотное относительно первого магнитное поле, образованное второй парой индуктивностей. Устройство для реализации способа содержит емкостную камеру, представляющую собой коаксиально расположенные обкладки конденсатора, между которыми размещена, по меньшей мере, пара излучающих индуктивностей, причем емкостная камера на выходе заканчивается плазменной камерой, через которую проходят магнитные поля, образованные парами катушек индуктивностей, при этом, по меньшей мере, пара индуктивностей намотана на замкнутый гибкий магнитопровод, который в свою очередь имеет круговую обмотку относительно оси излучения. Одна индуктивность в каждой паре индуктивностей имеет правую, а другая - левую обмотки. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к наукоемкой технологии и может быть применено для плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.
Известен плазменный источник проникающего излучения (см., например, патент США №6297594, М. Кл. Н05Н 1/46, публ. 2001), выполненный в виде плазменной разрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды. Электроды разрядной камеры известного плазменного источника выполняются цилиндрическими или плоскими. При определенных условиях разряда, когда осуществляется кумуляция прямого Z-пинча, из разрядной камеры может быть получен нейтронный выход до 3·1010 нейтронов в импульсе при длительности импульса около 0,2 мкс.
Известный источник характеризуется недостаточным удельным выходом излучения на единицу затраченной энергии и небольшим ресурсом работы (10-100 кумуляции Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений). Кроме того, известный источник обладает значительными размерами, затрудняющими в ряде случаев его использование.
В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принят плазменный источник проникающего излучения (см. патент РФ №347006, кл. Н05Н 1/06, 1970 г. ), состоящий из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и источника электрического питания. Газоразрядная камера состоит из изолятора, выполненного из алунда, и газоразрядных электродов в виде коаксиально расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейной образующей, ввод внутреннего электрода имеет диаметр, меньший диаметра рабочей части электрода.
Известный источник характеризуется небольшим ресурсом работы (10-100 кумуляции Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений).
Предлагаемое изобретение направлено на увеличение ресурса плазменного излучателя.
Для увеличения ресурса предлагается способ излучения электромагнитной энергии и плазмы, заключающийся в том, что плазма образуется с помощью энергии емкостной камеры, которая переходит в разрядную камеру. Электрический разряд среды, например воздуха, находящейся в разрядной камере, происходит за счет уменьшения расстояния между обкладками конденсатора, образующего емкостную камеру. Воздух в разрядную камеру поступает под регулируемым давлением из воздушной камеры. При пробое воздуха образуется плазменная дуга. Количество образованной плазмы зависит от скорости поступления в разрядную камеру воздуха, количества электрической энергии, накопленной емкостной камерой, и частоты источника энергии, питающей емкостную камеру. Вместо воздуха в разрядную камеру можно подавать измельченные фракции металлов, диэлектриков и т.д., это позволит получать плазму с требуемыми свойствами, что значительно расширит диапазон использования изобретения. Для увеличения энергии емкостной камеры, а значит для увеличения производительности образования плазмы параллельно емкостной камере подключается накопительная емкость. При действии на образовавшуюся плазму линейными электромагнитными полями (см., например, заявку №2012136799, опубликованную 20.05.2013, бюл. №14) происходит ее линейный выброс вдоль оси распространения электрической энергии, при этом частоты электрических и магнитных полей должны быть равны и совпадать по фазе. С целью уплотнения излучаемой энергии дополнительно одновременно излучается высокочастотная магнитная энергия, для чего может быть использован преобразователь частоты (см. заявку №2014102132, опубликованную 20.08.2014, бюл. №23).
Физика процесса линейного излучения энергии поясняется временными диаграммами фиг. 4, где на а) показано подаваемое напряжение на катушки индуктивности, б) - излучающее суммарное поле двух катушек, в) - излучающее суммарное низкочастотное и высокочастотное поля двух пар катушек, из которых одна пара излучает низкочастотное поле, например, 50 Гц (длина волны 3 т.км), другая пара излучает высокочастотное поле с длиной волны, например, 1 м. Вектор напряженности диаграмм, направленный по оси излучения, складывается с вектором напряженности электрического поля емкостной камеры. Этот суммарный вектор направлен под углом в сторону оси излучения, повышая плотность излучающей энергии. Это поле, проходя через плазму, захватывает ее и уплотняет, создавая искусственный провод. Кроме того, в плазме индуктируются от полей токи, протекающие по всей длине низкочастотной волны. Если разбить плазменный жгут на отдельные проводники, то получаем силу, с которой эти проводники притягиваются (см. X. Кухлинг, справочник по физике, Москва (мир) 1982, стр. 349). Из сказанного следует, что, также как электромагнитная энергия, тепловая энергия накапливается в теплоэлектромагнитном жгуте и, имея одну степень свободы, имеет бесконечное, пока не встретит препятствие, движение в сторону оси излучения и тепловая энергия из-за своей инерционности не может расходоваться на нагрев окружающей среды (воздуха), тем более вакуума. Регулирование площади поперечного сечения излучения и дальности может осуществляться путем изменения направлений векторов электрического и суммарного магнитных полей, а также изменением плотности излучаемой электромагнитной энергии (вектора Пойтинга).
На фиг. 1, 2, 3 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. Оно содержит конденсаторные пластины 1 и 2, образующие емкостную камеру 11. Емкостная камера 11 переходит в разрядную камеру 12, которая посредством отверстий 8 сообщается с воздушной камерой 7. В емкостной камере расположены катушки индуктивности 3, 4, 5, 6, пара из которых 5 и 6 имеет гибкий замкнутый магнитопровод 7, выполненный из электротехнической стали, например, в виде троса. Катушка индуктивности 5 мотается на магнитопровод и имеет правую обмотку, другая катушка 6 имеет левую обмотку. Магнитопровод катушек имеет круговую одностороннюю обмотку, симметричную излучающей оси. Емкостная камера совместно с катушками 5 и 6 питаются от источника энергии 10, напряжение которого с целью исключения возврата энергии в источник имеет выпрямленную, например синусоидальную или импульсную, форму. От источника энергии 10 через преобразователь частоты 9 питается вторая пара катушек 3 и 4. К емкостной камере с целью увеличения ее энергии параллельно ей подключается дополнительный конденсатор.
Работа устройства заключается в том, что при подаче напряжения на излучающие катушки и конденсаторы образуется в соответствии фиг. 4в) суммарное магнитное поле, которое корректируется электрическим полем емкостной камерой. Суммарное электромагнитное поле при выходе из устройства, проходя разрядную камеру, захватывает плазму и суммарная энергия плазмы и электромагнитная излучается в пространство.
Предлагаемое изобретение может широко использоваться в народном хозяйстве, например при художественном оформлении станций метро, фасадов домов, а также в промышленности, например при сварке и резке материалов, уплотнении поверхностного слоя деталей как токопроводящих, так и не токопроводящих и пр. Может послужить альтернативным вариантом гальванического производства, что позволит значительно улучшить его экологию, повысить качество и производительность и, как следствие, снизить себестоимость выпускаемой продукции.
Использование изобретения в военном деле позволит уничтожать материальные объекты как в воздухе, так и на земле (воде).
1. Способ излучения энергии, включающий образование плазмы, отличающийся тем, что плазма образуется с помощью энергии емкостной камеры, переходящей в разрядную камеру, напряженность электрического поля которой превышает напряжение пробоя, воздуха, подаваемого из воздушной камеры в разрядную, после чего плазма ускоряется электромагнитным полем, представляющим собой сумму электрического и магнитного полей, при этом магнитное поле образуется, по меньшей мере, одной парой индуктивностей с постоянным значением вектора Пойтинга, направленного вдоль оси излучения.
2. Способ излучения энергии по п. 1, отличающийся тем, что энергия емкостной камеры увеличивается за счет сложения энергии дополнительно включенного параллельно емкостной камеры конденсатора.
3. Способ излучения энергии по п. 1, отличающийся тем, что количество подаваемого в разрядную камеру воздуха регулируется давлением, создаваемым в воздушной камере.
4. Способ излучения энергии по п. 1, отличающийся тем, что коаксиально излучающему одной парой индуктивностей суммарному магнитному полю излучается второе суммарное высокочастотное относительно первого магнитное поле, образованное второй парой индуктивностей.
5. Плазменный излучатель для реализации способа по п. 1, содержащий емкостную камеру, представляющую собой коаксиально расположенные обкладки конденсатора, между которыми размещена, по меньшей мере, пара излучающих индуктивностей, причем емкостная камера на выходе заканчивается разрядной камерой, через которую проходит электромагнитное поле.
6. Плазменный излучатель по п. 5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, пара индуктивностей намотана на замкнутый гибкий магнитопровод, который в свою очередь имеет круговую обмотку относительно оси излучения.
7. Плазменный излучатель по п. 5, отличающийся тем, что на каждую пару индуктивностей подается выпрямленное импульсное напряжение, причем в каждой паре индуктивностей одна имеет правую, а другая - левую обмотки.
