Способ импульсногоускорения плазмы

 

лн, ем рк. м у т, нЕ

".а!ион ееа М Ь А

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскии

Социалистических

Рвс ублии (63) Дополнительное н авт. свид-ву— (22) Заявлено 180778 (21) 2646957/18-25 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Н 05 Н 1/00 всударственнмй комитет

СССР ио деяам изобретений н открытий (53) УДК 533. 95 (088 ° 8) Опубликовано 301180 Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 30.1 1,80 (72) Авторы изобрвтеиия

Ю.A.Áûêoâñêèé, К.И.Козловский, Ю.П.Козырев и A.Ñ.Öûáèí

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО УСКОРЕНИЯ ПЛАЗМЫ

Предлагаемое изобретение -относится к плазменной, технике и может быть использовано в исследованиях по физике плазмы, и нейтронной физике, термоядерных исследованиях и в ряде технологических процессов,. связанных с легированием и обработкой материалов.

Известны способы электродинамического импульсного ускорения плазмы заключающиеся в вводе рабочего вещества (обычно, газа) в пространство между электродами специальной формы и включении импульсного сильноточного разряда между электродами 15 через введенное рабочее вещество.

При таком разряде вещество ионизируется, превращаясь в плазму, а взаимодействие между током разряда через плазму и магнитным полем тока через 20 электроды приводит к ускорению образовавшейся плазмы «1) .

Однако образование плазмы посредством пробойного процесса в условиях контакта ускоряемого плазменного .сгустка с электродами, эрозия электродов, наличие большой доли нейтрального компонента при этих способах ускорения приводят к возникновению сил сопротивления движению плазмы, 30 развитию в ней неустойчивостей и загрязнению, что не позволяет эффективно и стабильно ускорять плотные однородные плазменные сгустки с большим количеством ионов до высоких скоростей..Максимальная скорость, достигаемая при использовании этих способов, не превышает 108 см/с, при этом лишь часть ионов летит с максимальной скоростью, а весь диапазон скоростей ионов составляет 10 †: 1Фсм/с, Ближайшим IIo технической сущности является способ импульсного ускорения плазмы, включающий генерацию плазменного сгустка и синхронную подачу импульса-тока через одновитковую катушку возбуждения магнитного поля, электрически изолированную.от сгустка (2) .

По известному способу плазменный сгусток генерируют в вакуумном объеме посредством индуцированного разряда по поверхности твердой шайбы с рабочим веществом и проведения импульсного разряда тока кольцевой конфигурации, который индуцирует разряд по поверхности и в магнитном поле которого находится плазменный сгусток, электрически изолированный от кольцевого разряда тока. Такой способ

689500, 15

39

40

65 позволяет получить и ускорить достаточно однородные в поперечном сечении плазменные сгустки с концентрацией 10 -, 10 4 см и полным числом ионов до 10 . Достигнутая максималь 8 ная скорость плазмы не превышает

5.10 см/с, а средняя — 2 ° 10 см/с, Дальнешеее повышение скорости тре(бует существенного увеличения параметров разряда, что снижает КПД процесса ускорения из-эа недостаточной эффективности, передачи энергии разряда плазме.

Целью изобретения, является повышение скорости сгустка и КЦД ускорения.

Эта цель достигается тем, что плазменный сгусток генерируют кольцевой формы взаимодействием лазерного импульсного излучения с поверхностью мишени, причем параметры излучения выбирают из условия:

10 с 14 (10 с, 10 4ф 10, где Ф4 — длительность импульса,с, с(— плотность мощности излучения на поверхности мишени, Вт/м, — длина волны лазерного излучения, м.

Известно, что для эффективного ускорения необходимо, чтобы время образования и ускорения сгустка было меньше времени проникновения магнитного поля разрядного тока через виток в плазму (Ф 4 ) .

При воздействии мощного лазерного излучения с упомянутыми параметрами реализуется наивысший среди известных способов удельный энерговклад в единицу времени в облучаемую область мишени. Это позволяет получить высокоионизированный плотный плазменный сгусток с временем эмиссии плазмы с мишени 3 10 с.

В предлагаемом способе синхронно с образованием такого плазменного сгустка в форме кольца проводят сильноточный разряд также кольцевой конфигурации через-одновитковую катушку, установленную соосно образующемуся плазменному кольцу и электрически изолированную от него. Это приводит к импульсному ускорению кольцевого плазменного сгустка в сторону, противоположную от кольцевого разрядного контура, на длине порядка диаметра кольца.

ВОэможность реализации короткого времени эмиссии плазмы при высоких значениях плотности плазмы (е10 -;

10 0 см ) и ее электронной температуры ГВ10 Р 100 эВ) при указанных параметрах излучения позволяет ускорить сгусток за время, не превышающее М .

Образование плазменного сгустка в виде кольца с высоким значением

Тй и высокой направленностью разлета лазерной плазмы дает воэможность более эффективно и однородно ускорить плазму индукционным способом, т.е. получить более моноэнергетичный сгусток. Путем изменения условий фокусировки можно изменять размеры плазменного кольца и варьировать параметры ускорения.

Малая длительность процесса ускорения при высоких значениях s и TC сводят к минимуму тепловые потери индуцируемого в плазменном кольце тока. Кроме того, в этом случае не успевают развиться мешающие процессу плазменные неустойчивости различных типов, например бунемановская.

Характерная особенность лазерного образования и нагрева плазменного сгустка — высокая эффективность поглощения излучения плазмы. Такая экранировка от излучения поверхности ми- шени и быстрый начальный раз— лет плазмы в предлагаемом способе уменьшают потери энергии на тепловой . разогрев всей мишени. Этот факт в сочетании с использованием сплошной толстой мишени из рабочего вещества позволяет более чем на два порядка увеличить ресурс плазменного инжектора.

Описанные преимущества предлагаемого способа позволяют ускорять плазменные сгустки, содержащие 7g. 101 ионов рабочего вещества до скорости

10 см/с. при высокой степени моноэнергетичности. При этом размер зоны ускорения, определяемый размером разрядного витка катушки, может не превышать 10 см, а длительность плазменного сгустка — Ь 10 с, что дает возможность реализовать эффективный малогабаритный плазменный инжектор с высокой плотностью потока плазмы.

Формула изобретения

Способ импульсного ускорения плазмы, включающий генерацию плазменного сгустка в вакуумном объеме на поверхности твердой мишени и синхронную подачу импульса тока через одно-, витковую катушку возбуждения магнитного поля, электрически изолированную от сгустка, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости сгустка и КПД ускорения, плазменный сгусток генерируют кольцевой формы взаимодействием лазерного импульсного излучения с поверхностью мишени, причем параметры излучения выбирают из условий:

10 4 10

10 «4 q> 10 где 7 - длительность импульса, с, % — плотность мощности излучения на поверхности мишени, Вт/м, - длина волны лазерного излучения, м.

689500.

Составитель В. Обухов

Техред Е,Гаврилешко . Корректор.,Г. Решетник

Редактор В.Ахрам

Заказ 9215/72 Тираж 885 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская .наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертиее

1. Колесников Н.М. Электродинамическое ускорение плаэвы, М., Атомиздат, 1971, с. 198

2. Йванов Н.В. и др. Индукционный титановый пленочно-гибридный инжектор.

Журнал технической физики, т. 41, вып. 12, 1971, с. 2631-2б33 (прото- тип).