Способ преобразования энергии электромагнитного излучения свч диапазона в энергию тока низкой частоты

 

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАПШ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗJFЧEHИЯ СВЧ ДИАПАЗОНА В ЭНЕРГИО ТОКА НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, включающий операции Лоркирования горячей плазмы пзтем воздействия импульсного электромагнитного излучения и последукнцего преобразования тепловой энергии плазмы п энергию тока низкой частоты, отличающий с я тем, что, с целмо повышения коэффициента преобразования энр.ргни электромагнит-. него излучения в ппфоком диапазоне частот, формирование горячей плазмы осуществляют при воздействии на нее в течение длительности импульса электромагнитного излучения магнитным полем соленоида, напряженность которого соответствует частоте одного из резонансов поглощения плазмы, а преобразование тепловой энергии плазмы п энерппо тока низкой часто (Л ты ос5тдествля1от путем адиабатического расширения плазмы уменьшением тока в обмотке соленоида, при этом энерпш тока низкой частоты снимают с нагрузки, включенной в цепь :обмотки соленоида. Од о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 5!) 4 . .Н 01 J 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3686954/24-21 (22) 30.12.83 (46) 23.02.86. Бюл. В 7 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) If. П. Брижинев и А. Г. Литвак (53) 621.385.6 (OSS.8) (56) Се-Пуан 10. СВЧ энергетика.

Под ред. Э. Окресса, т.l, 11.: Мнр.

1971,.с. 424.

Аскарьяи Г.А. и др. Генерация мощных токов и потенциалов при воздействии радиоволн на стер:кень

npsmoe преобразование a zexTpo нитной энергии в энергию то»;а.

Письм» в ЖЭТФ, т. 29, вып. 11, l979, с. 706. (54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЮ

ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

СВЧ ДИАПАЗОНА В ЭНЕРПП0 Т0КА НИЗКОЙ

ЧАСТОТЫ, включающий операции AîðYèрования "горячей" плазмы путем

„„SU„„ l 176763 A воздействия импульсного электромагнитного излучения и последующего преобразования тепловой энергии плазмы и энергию тока низкой частоты, о т л и ч а ю щ и ft с я тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования энергии электромагнит- . ного излучения в широком диапазоне частот, Аормирование "горячей" плазмы осуществляют при воздействии на нее в течение длительности импульса электромагнитного излучения магнитным полем соленоида, напряженность которого соответствует частоте одно" го из резонансов поглощения плазмы, а преобразование тепловой энергии плазмы в эчергию тока низкой частоты осуществляют путем адиабатического расширения плазмы уменьшением тока в обмотке соленоида, при этом энергию тока низкой частоты снимают с нагрузки, включенной в цепь обмотки соленоида.

1176763 2

1ГГ ъ — ) - Ре P.> с, резонанс, ь1 =- Р - е верх-. е

1

Изобретение относится к области преобразования энергии излучения

СВЧ диапазона в энергию тока низкой частоты и может быть использовано в технике направленной передачи энергии, например, при приеме энергии солнечных космических электростанций транспортируемой .СВЧ излучением высокой интенсивности на Землю.

1 3

Целью изобретения является повышсние коэффициента преобразования электромагнитного излучения в широком диапазоне СВЧ частот (от 1 до

:300 ГГц), Сущность способа заключается в

I том, что в присутствии магнитного поля, напряженность которого соответствует частоте одного из резонансоп поглощения излучения (11 — электронно-циклотронньп» е

uJ tal; т е нижнегибридный резонанс, где) частота излучения, m и ш; — массы электрона и иона, С вЂ” скорость света), возможна реализация практически полного поглощения энергии импульса электромагнитного излучения плазмой, а использование соленоида для создания указанного магнитного поля позволяет уменьшением тока в цепи соленоида в интервале между импульсами излучения уменьшить напряженность магнитного поля, обеспечив тем самым адиабатическое расширение и охлаждение плазмы, сопровождающееся передачей тепловой энергии плазмы в цепь обмотки соленоида в виде индуктируемого в ней диамагнитного тока. Циклическое изменение напряженности магнитного поля позволяет преобраэовать энергию импульсного СВЧ излучения в энергию тока низкой частоты. Лежащий в основе этого способа физический механизм преобразования не ограничивает диапазона частот СВЧ излучения и его уровня мощности. Это связано с тем,что частотный диапазон можно перекрыть соответствующим выбором величины магнитного поля и типа резонанса, а необходимому уровню мощности можно подобрать соответ5

45 ствуюший объем рабочей камеры.

Как следует из теоретических расчетов, коэффициент преобразования энергии при таком способе определяется соотношением между объемом камеры, в которой расширяют плазму, и объемом, в котором нагревают плазму при напряженности поля, соответствующей частоте резонансного поглощения, и который в общем случае зависит от площади поперечного сечения потока электромагнитного излучения. Наиболее целесообразно использовать электромагнитное излучение в виде волнового пучка.

На чертеже представлен один из вариантов устройства, которое позволяет реализовать предлагаемый способ.

Представленное на чертеже устройство позволяет осуществить циклическое изменение напряженности магнитного поля в автоматическом режиме за счет использования для реализации заявляемого способа колебательного контура. В общем случае возможны и другие устройства, позволяющие изменять ток в обмотке соленоида и отбирать от нее ток низкой частоты.

Устройство содержит вакуумную камеру 1, выполненную из материала,. не экранирующего магнитное поле, и заполненную газом низкой концентрации. В одной из стенок камеры 1 выполнено окно 2 из радиопрозрачного материала для ввода в камеру 1 электромагнитного излучения СВЧ диапазона, которое фокусируется в центр камеры с помощью линзы 3.

Камера 1 расположена внутри обмотки соленоида 4, концы которой через последовательно соединенные управляемый ключ 5 и конденсатор 6 подключены к нагрузке 7.

Емкость С конденсатора 6 и индуктивность L обмотки соленоида 4 выбираются из условия

Т = 2 1КС, где Т вЂ” период .повторения импульсов электромагнитного излучения °

Пример конкретной реализации способа при преобразовании в энергию тока низкой частоты энергии импульсного (длительность импульса

0,2 мс, период следования импульсов Т " 10 мс) электромагнитного

1176763

Редактор П. Горькова Техред Ж.Кастелевич Корректор С. Шекмар

Заказ 793/3

Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 излучения гиротрона í виде волнового пучка с рабочей длиной волны 8 мм (диаметр волнового пучка

1 см) и мощностью Р 100 КВт.

Используют кварцевую камеру 1 диаметром 10 см и длиной 50 см, при этом соленоидом 4 обеспечивают магнитное поле напряженностью 12 кЭ, параметры конденсатора 6 и индуктивности соленоида 4 выбирают С »

3 10 Р, Ь 1,0 Гн соответственно, а сопротивление нагрузки 7R=

1 Ом. Камеру 1 заполняют водородом под давлением 10 " Торр.

Преобразование осуществляют следующим образом.

В момент, предшествующий реализации способа, ключ 5 разомкнут, а конденсатор 6 заряжен от вспомогательного источника питания {на чертеже не указан), Включением ключа 5 напряжение заряженного конденсатора 6 через нагрузку 7 подают на обмотку соленоида 4, в результате чего образуется колебательный контур, функцию ипдуктивности которого выполняет обмотка соленоида 4. При разряде конденсатора 6 ток в обмотке соленоида

4 растет, достигая величины, которая соответствует напряженности магнитного поля 12 кЭ. В этот момент в камеру 1 вводят электромагнитное излучение, которое вызывает пробой газа и нагрев образовавшейся плазмы, обеспечивая этим преобразование энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию плазмы

t0 с коэффициентом преобразования,близким 1. Затем расширяют плазму за счет уменьшения тока в обмотке соленоида 4 вследствие колебательного процесса, происходящего в контуре.

1 Поскольку выбор параметров (Ь,С) колебательного контура согласован с периодом следования импульсов, то за время Т происходит уменьшение напряженности магнитного поля до нуля и плазма, расширяясь, отдает свою тепловую энергию на образование в обмотке соленоида 4 диамагнитного тока, который поступает в нагрузку

7. Таким образом через нагрузку 7

2S протекает ток низкой частоты, отдавая ей энергию. В качестве нагрузки

7 может быть обмотка трансформатора, согласующего цепи соленоида с потребителями энергии.