Плазменный ускоритель
Полезная модель относится к магнито-электронной дуговой плазменной технике, в частности к плазменным ускорителям, и может быть использовано для получения высокоэнергетичной низкотемпературной плазмы в силовых установках, физических экспериментах, металлургии, радиоэлетронике и других отраслях техники. Сущность технического решения заключается в том, что в плазменном ускорителе, включающем источник питания, систему подачи плазмообразующего вещества, катод, анод и канал ускорения потока плазмы с размещенными вдоль дополнительными источниками плазмы и источником стабилизирующего магнитного поля, последний выполнен в виде многоступенчатого соленоида с продольной трехфазной обмоткой, ограничивающего канал ускорения с расширяющимися и сужающимися участками, образующими соответственно смесительные и стабилизирующие камеры, в которых дополнительные источники в виде электронных камер размещены рядами с возможностью образования встречных взаимно перпендикулярных радиальных потоков. При этом канал ускорения в плазменном ускорителе может быть выполнен с двумя смесительными камерами с размещением в каждой двух рядов электронных камер, а в прилегающих к ним стабилизирующих камерах по одному ряду. Полезная модель позволяет повысить КПД устройства за счет увеличения плотности потока плазмы без изменения силы тока катода и напряженности магнитного поля. 1 н.п., 1 з.п. ф-лы, 5 илл.
Полезная модель относится к магнито-электронной дуговой плазменной технике, в частности к плазменным ускорителям, и может быть использовано для получения высокоэнергетичной низкотемпературной плазмы в силовых установках, физических экспериментах, металлургии, радиоэлетронике и других отраслях техники.
Известен коаксиальный стационарный плазменный ускоритель, содержащий источник питания, систему подачи плазмообразующего вещества, анодный и катодный блоки канал ускорения потока плазмы с размещенными вдоль дополнительными источниками плазмы и источник стабилизирующего магнитного поля, ограничивающий ускоряемый поток плазмы (описание SU 1356948, МКИ 5 Н 05 Н 1/54, 12.04.1985).
Известный ускоритель не позволяет повысить скорость истечения плазмы до близких к сверхзвуковым значениям и не позволяет повысить давление плазмообразующего вещества и плотности плазменной струи без увеличения силы тока катодного и напряженности стабилизирующего магнитного поля.
Задача полезной модели - получение устойчивой сверхзвуковой струи квазинейтральной плазмы.
Технический результат от использования полезной модели - повышение КПД устройства за счет увеличения плотности потока плазмы без изменения силы тока катода и напряженности магнитного поля.
Технический результат достигается тем, что в плазменном ускорителе, включающем источник питания, систему подачи плазмообразующего вещества, катод, анод и канал ускорения потока плазмы с размещенными вдоль дополнительными источниками плазмы и источником стабилизирующего магнитного поля, последний выполнен в виде
многоступенчатого соленоида с продольной трехфазной обмоткой, ограничивающего канал ускорения с расширяющимися и сужающимися участками, образующими соответственно смесительные и стабилизирующие камеры, в которых дополнительные источники в виде электронных камер размещены рядами с возможностью образования встречных взаимно перпендикулярных радиальных потоков.
Канал ускорения в плазменном ускорителе может быть выполнен с двумя смесительными камерами с размещением в каждой двух рядов электронных камер, а в прилегающих к ним стабилизирующих камерах по одному ряду.
На фиг.1 изображен продольный разрез общего вида плазменного ускорителя и принципиальная схема формирования плазменного шнура в процессе его работы; на фиг.2 - вид ускорителя со стороны сопла анода; на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид Б фиг.1 (дополнительный источник плазмы); на фиг.5 - схема размещения обмотки.
Плазменный ускоритель включает источник питания 1, соединенный с электродом катода 2 и кольцевым соплом анода 3, размещенные соответственно на входе и выходе канала 4 ускорения плазмы. Выходной патрубок канала 4 в зоне размещения сопла 3 выполнен из диэлектрического материала (не показано). Канал 4 ускорения плазмы ограничен многоступенчатым соленоидом 5 и включает ступенчато расширяющиеся и сужающиеся участки, образующие соответственно смесительные 6 большего диаметра и стабилизирующие 7 меньшего диаметра цилиндрические камеры. В камерах 6, 7 вдоль продольной оси канала 4 размещены дополнительные источники плазмы, выполненные в виде электронных камер 8, состоящих из камерного катода 9 и анода 10, выполненного в виде втулки с внешним диэлектрическим покрытием 11, установленной в радиальном щелевом канале корпуса соленоида 5. Установлены дополнительные источники 8 рядами по четыре на равном удалении в поперечном сечении, образуя при этом две диаметрально
расположенные пары, обеспечивающие подачу встречных взаимно перпендикулярных радиальных дополнительных потоков плазмы.
Количество рядов дополнительных источников плазмы, размещаемых вдоль канала 4 ускорения плазмы и геометрические размеры камер 6, 7 определяются опытно-расчетным путем. В частности, в смесительной камере 6 может быть установлено два ряда дополнительных источников в виде электронных камер 8, а в стабилизирующей 7 один. Смесительных и стабилизирующих камер может быть две.
В корпусе соленоида 5 со стороны внутренней поверхности, обращенной к каналу 4 ускорения основного потока плазмы выполнены, продольные ячейки 13, в которые уложена трехфазная обмотка с короткозамкнутыми выходными концами (фиг.5), которая после укладки футеруется теплоизоляционным материалом (не показан).
Образование и устойчивое горение плазменного шнура в плазменном ускорителе осуществляется при подаче от источников питания на электрод катода 2, сопло анода 3, обмотку соленоида 5, катоды 10 и аноды 11 электронных камер 8 напряжения, которое согласуется блоком тиристорного управления, и плазмообразующего вещества во внутреннюю полость корпуса соленоида через входное отверстие (система подачи плазмообразующего вещества не показана). Внешнее продольное магнитное поле, создаваемое в соленоиде 5 сжимает равномерно по всей длине канала 4 плазменный шнур и стабилизирует его, таким образом.
В процессе работы ускорителя в смесительных камерах 6 происходит диссоциация свободных электронов, положительно заряженных ионов и отрицательных электронов радиальных потоков из электронных камер 8 дополнительных источников и излучаемых из основного катода 2, в стабилизирущих камерах 7 под действием дополнительных радиальных плазменных потоков плазменный шнур уплотняется. Из сопла ускорителя выходит стабилизированный уплотненный плазменный шнур. При этом благодаря конфигурации канала 4, включающего расширяющиеся и
сужающиеся участки, образованные соответственно смесительными 6 и стабилизирующие 7 камерами, и повторяющего тем самым форму сопла Лаваля, плазменный поток разгоняется до заданных скоростей, например, близких к сверхзвуковым.
Таким образом, предлагаемая конструкция плазменного ускорителя за счет согласованной работы электронных камер, увеличенных в диаметре смесительных камер, а также создаваемого электромагнитного стабилизирующего поля позволяет повышать давление плазмообразующего вещества, не увеличивая при этом силу тока катодного напряжения, и, следовательно, повысить к.п.д..
1. Плазменный ускоритель, включающий источник питания, систему подачи плазмообразующего вещества, катод, анод и канал ускорения потока плазмы с размещенными вдоль дополнительными источниками плазмы и источником стабилизирующего магнитного поля, отличающийся тем, что источник стабилизирующего магнитного поля выполнен в виде многоступенчатого соленоида с продольной трехфазной обмоткой, ограничивающего канал ускорения с расширяющимися и сужающимися участками, образующими соответственно смесительные и стабилизирующие камеры, в которых дополнительные источники в виде электронных камер размещены рядами с возможностью образования встречных взаимно перпендикулярных радиальных потоков.
2. Плазменный испаритель по п.1, отличающийся тем, что канал ускорения выполнен с двумя смесительными камерами с размещением в каждой двух рядов электронных камер, а в прилегающих к ним стабилизирующих камерах по одному ряду.
