Свч устройство для генерации плазмоидов типа шаровых молний (варианты)
Изобретение относится к устройствам для генерации плазмоидов, близких по своим свойствам к шаровым молниям и имеющих возможность автономного существования в свободном пространстве. Устройство содержит СВЧ-резонатор открытого типа, снабженный снаружи отрезками запредельного круглого волновода; плазменную камеру, выполненную в виде диэлектрической трубки, которая проходит через СВЧ-резонатор и отрезки запредельного круглого волновода; волноводное устройство для подведения СВЧ-энергии; высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, который расположен внутри СВЧ-резонатора и окружает проходящую через СВЧ-резонатор диэлектрическую трубку, по крайней мере на части ее длины. Во втором варианте изобретения устройство содержит объемный СВЧ-резонатор (шарообразной, цилиндрической или тороидальной формы) с волноводным устройством для подведения СВЧ- энергии и высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, расположенный снаружи СВЧ-резонатора и окружающий выходной участок диэлектрической трубки. Технический результат – получение высокоэнергетичных плазмоидов типа шаровых молний, обладающих возможностью существовать в свободном пространстве в течение продолжительного времени. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для генерации плазмы, а именно к СВЧ-устройствам для генерации плазмоидов, близких по своим свойствам к шаровым молниям и имеющих возможность автономного существования в пространстве.
Известен генератор плазмоидов К. Чуканова, содержащий размещенные в вакуумной камере два плоских электрода, между которыми возбуждались шарообразные плазмоиды с помощью высокочастотного (ВЧ) поля (мощность ВЧ-генератора 3000 Вт, частота колебаний 13,56 МГц) [1, с.233]. Однако условия возбуждения плазмоидов в вакууме, низкий уровень подводимой ВЧ-мощности и значительное ее рассеяние вне электродов не позволяют получить в таком устройстве плотные плазмоиды с высоким энергосодержанием, характерным для естественных шаровых молний (ШМ).Исходя из известных расчетных данных естественная шаровая молния имеет следующие параметры [1]:диаметр - 30 см,время существования - 70 сек,энергосодержание - 107 Дж.В реальных условиях, при рождении естественной ШМ и ее автономном перемещении в пространстве, имеет место разброс параметров ШМ и их изменение во времени, обусловленное потерей энергии [2, 3]. И тем не менее, во всех случаях для естественной ШМ характерны достаточно высокое энергосодержание и возможность ее автономного существования в пространстве, свободном от действия возбудивших ее электромагнитных полей в течение нескольких десятков секунд.Известны генераторы плазмы, например [4], в которых плазму возбуждают в волноводе, что позволяет значительно снизить рассеяние подводимой энергии и повысить энергосодержание плазмоидов.Однако в волноводе достигается невысокая напряженность электрической компоненты электромагнитного поля даже при достаточно высоких уровнях проходящей мощности, что не может обеспечить генерацию плазмы с высоким энергосодержанием.Для получения плазмы с более высоким энергосодержанием используют устройства для генерации плазмы, выполненные на основе СВЧ-резонаторов, например [5]. Такое устройство содержит газоразрядную трубку, проходящую через объемный СВЧ-резонатор, в одной из стенок которого выполнена прорезь для связи его с волноводным устройством, обеспечивающим подведение СВЧ-энергии. Однако неравномерность распределения электрической компоненты электромагнитного поля в прямоугольном резонаторе по азимутальным направлениям не позволяет обеспечить азимутальную однородность плазмы и локализацию ее на оси газоразрядной трубки.Другим генератором плазмы является СВЧ-устройство для генерации плазмы, содержащее кооксиально расположенные цилиндрическую плазменную камеру и охватывающий ее объемный кольцевой СВЧ-резонатор [6]. В устройстве для генерации плазмы имеются также выполненные на основе волноводов устройства для подведения возбуждающей плазму энергии от СВЧ-генератора к кольцевому СВЧ-резонатору через прорезь в его внешней стенке. Во внутренней стенке кольцевого СВЧ-резонатора выполнены щели связи, расположенные равномерно по азимуту вокруг его оси. Они обеспечивают более равномерное по азимуту поступление СВЧ-энергии из кольцевого СВЧ-резонатора в плазменную камеру и тем самым улучшают пространственную однородность параметров возбуждаемой плазмы и локализацию ее на оси цилиндрической плазменной камеры. Устройство позволяет сформировать в плазменной камере столб плазмы с высоким энергосодержанием. Однако в этом устройстве связь СВЧ-волновода с плазменной камерой осуществляют через объемный кольцевой СВЧ-резонатор, прибегая к двухступенчатой и усложняющей устройство связи между СВЧ-волноводом - СВЧ-резонатором, СВЧ-резонатором - плазменной камерой. Связь между СВЧ-волноводом и СВЧ-резонатором через одну прорезь (щель) ограничивает уровень подводимой в СВЧ-резонатор и плазменную камеру СВЧ-мощности, так как к щели приложено СВЧ-напряжение, соответствующее подводимой СВЧ-мощности питания, а не рассредоточено на ряде щелей. Соответственно и достигаемое энергосодержание плазмы ограничено.Известно СВЧ-устройство для генерации плазмы, содержащее объемный резонатор, газоразрядную трубку (в которую подается плазмообразующий газ), расположенную внутри упомянутого объемного резонатора вдоль его оси симметрии, питающий волновод для передачи СВЧ-энергии в полость объемного резонатора, при этом питающий волновод расположен перпендикулярно продольной оси газоразрядной трубки снаружи объемного резонатора и имеет с последним общую стенку, элементы электромагнитной связи, расположенные в общей стенке волновода и резонатора и предназначенные для излучения СВЧ-энергии из волновода в полость резонатора, причем элементы связи равноудалены от продольной оси газоразрядной трубки и отстоят один от другого на расстоянии, обеспечивающем синфазность возникающих в них колебаний [7].В случае, когда соседние элементы связи расположены по разные стороны (двухрядная система) продольной оси волновода, расстояние между их центрами равно половине длины волны СВЧ-энергии питания.В случае, когда соседние элементы связи расположены по одну сторону продольной оси волновода (однорядная система), расстояние между их центрами равно длине волны СВЧ-энергии питания.В случае, когда волновод представляет собой замкнутое кольцо, СВЧ-энергия распространяется от места ее ввода в обе стороны равномерно.В качестве объемного резонатора возможно использование шарового и цилиндрического СВЧ-резонаторов.Устройство имеет более высокую мощность и обеспечивает локализацию возбужденной в нем плазмы на оси газоразрядной трубки. В устройстве можно получить столб плазмы с высоким энергосодержанием, заданными размерами и одинаковыми по всему его сечению параметрами.Однако описанные выше устройства являются генераторами плазмы с высокочастотным и сверхвысокочастотным возбуждением. При их проектировании и создании не ставилась задача получения автономно существующих в пространстве в течение продолжительного времени высокоэнергетических плазмоидов.На решение такой задачи направлено известное устройство для генерации автономных плазменных образований [1, с.235], состоящее из генератора плазмы, выполненного на основе разрядника, и вращающегося диска с отверстиями (обтюратора), установленного на выходе генератора плазмы.С помощью обтюратора выходящая из генератора плазмы плазменная струя разбивалась на отдельные порции плазмы, которые принимали форму веретен и совершали автономный полет в свободном пространстве в течение 3 миллисекунд на расстояние до 1,5 м.Энергосодержание таких порций плазмы мало, поэтому мало и время их существования и у них отсутствует возможность при более длительном полете приобрести шарообразную форму.Настоящее изобретение направлено на получение высоэнергетичных плазмоидов типа шаровых молний, обладающих возможностью существовать в свободном пространстве в течение продолжительного времени.В первом варианте изобретения предлагается СВЧ-устройство для генерации плазмоидов типа шаровых молний, которое содержит соосно расположенные плазменную камеру, аксиально-симметричный СВЧ-резонатор с устройством для подведения СВЧ-энергии и высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, при этом СВЧ-резонатор выполнен в виде резонатора открытого типа, содержащего два зеркала, разнесенных друг от друга вдоль оси СВЧ-резонатора и обращенные друг к другу лицевыми сторонами, каждое из которых снабжено отрезком запредельного круглого волновода, расположенным снаружи от СВЧ-резонатора и соосно с ним, плазменная камера выполнена в виде диэлектрической трубки, которая проходит через СВЧ-резонатор и отрезки запредельного круглого волновода, причем выходной конец диэлектрической трубки служит выходом СВЧ-устройства, устройство для подведения СВЧ-энергии к СВЧ-резонатору содержит один или несколько волноводов, каждый из которых свернут вокруг оси СВЧ-резонатора в неполное кольцо и установлен на одном из зеркал с внешней стороны СВЧ-резонатора и электромагнитно связан с СВЧ-резонатором через элементы связи, расположенные в зеркале СВЧ-резонатора равноудаленно от оси и равномерно по азимуту СВЧ-резонатора, при этом СВЧ-устройство содержит высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, который расположен внутри СВЧ-резонатора симметрично между его зеркалами и окружает проходящую через СВЧ-резонатор диэлектрическую трубку по крайней мере на части ее длины.В качестве зеркал СВЧ-резонатора могут быть использованы параболические зеркала или зеркала, выполненные в виде сегментов сферы, или плоские зеркала.Элементы связи могут быть выполнены в виде по крайней мере одного ряда щелей в зеркале СВЧ-резонатора.Проходящие через отрезки запредельного круглого волновода входной и выходной участки диэлектрической трубки могут быть соосно присоединены через переходные участки к центральному участку диэлектрической трубки, который имеет большее поперечное сечение и длину, равную длине окружающего его высокочастотного магнитно-импульсного индуктора.Диэлектрическая трубка может быть соединена входным концом с устройством для подведения газа.В предлагаемом устройстве возбуждение плазмоида с высоким энергосодержанием производят в плазменной камере, размещенной внутри СВЧ-резонатора, а быстрый вывод плазмоида за пределы устройства осуществляют с помощью высокочастотного магнитно-импульсного индуктора. Этот индуктор размещен внутри СВЧ-резонатора открытого типа, между зеркалами которого могут укладываться до 10-12 длин волн СВЧ-энергии питания (длина индуктора составит одну полуволну СВЧ-энергии питания).Каждое из зеркал СВЧ-резонатора снабжено отрезком запредельного круглого волновода, расположенным по оси зеркал на внешней их стороне. Это позволяет зажигать плазму при меньшей мощности СВЧ-питания.Плазменная камера выполнена в виде диэлектрической трубки, например, из кварца, что предотвращает “растекание” плазмы по объему СВЧ-резонатора и ее оседание на отрезках запредельного круглого волновода, зеркалах СВЧ-резонатора и на поверхностях высокочастотного магнитно-импульсного индуктора и возможность закорачивания элементов связи. Выполнение диэлектрической трубки с расширением в центральной части позволяет уменьшить искажение СВЧ-поля внутри -резонатора.Использование в устройстве одного или нескольких волноводов, свернутых в неполные кольца и связанных с СВЧ-резонатором через элементы связи, расположенные равноудаленно от оси и равномерно по азимуту СВЧ-резонатора, обеспечивает равномерность подвода СВЧ-энергии питания ко всем элементам связи и синфазность СВЧ-колебаний в них.В случае подведения к СВЧ-резонатору СВЧ-энергии питания высокого уровня мощности целесообразно использовать в устройстве не один, а несколько волноводов питания и выполнять несколько рядов элементов связи, например несколько рядов щелей, электрическая прочность каждой из которых ограничена при атмосферном давлении. При этом наиболее простая конструкция устройства получается при использовании плоских зеркал СВЧ-резонатора.Для обеспечения высокого уровня подводимой к СВЧ-резонатору СВЧ-энергии и для сокращения при этом энергопотребления источником СВЧ-энергии предпочтительно использовать импульсные источники СВЧ-энергии.Возможность быстрого вывода плазмы из устройства в виде плазмоида с помощью ВЧ магнитно-импульсного индуктора объясняется следующим. При подаче на индуктор импульса ВЧ-энергии от импульсного ВЧ-источника в индукторе возникает магнитное поле. Оно проникает в плазму, находящуюся внутри индуктора, на величину скин-слоя, не влияя при этом на внутреннюю структуру плазмы (она сохраняется). Наводимое магнитное поле имеет направление, противоположное направлению магнитного поля, создаваемого в индукторе. В результате этого возникает сила, мгновенно выталкивающая плазму из индуктора в виде плазмоида. Направление “вылета” плазмоида зависит от направления магнитного поля индуктора.Для обеспечения эффективного взаимодействия магнитного поля индуктора с наведенным в скин-слое плазмы магнитным полем величину скин-слоя плазмы можно регулировать, изменяя частоту импульсного ВЧ-источника, подключенного к индуктору.Во втором варианте изобретения предлагается СВЧ-устройство для генерации плазмоидов типа шаровых молний, которое содержит соосно расположенные плазменную камеру, аксиально-симметричный объемный СВЧ-резонатор с устройством для подведения СВЧ-энергии и высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, при этом СВЧ-резонатор снабжен входным и выходным отрезками запредельного круглого волновода, расположенными вдоль оси СВЧ-резонатора по обе стороны от него, плазменная камера выполнена в виде диэлектрической трубки, которая проходит через объемный СВЧ-резонатор и отрезки запредельного круглого волновода, причем диэлектрическая трубка соединена входным концом с устройством для подведения газа, а выходным концом выведена из объемного СВЧ-резонатора через выходной отрезок запредельного круглого волновода и выступает из него, устройство для подведения СВЧ-энергии к объемному СВЧ-резонатору содержит свернутый вокруг оси СВЧ-резонатора в неполное кольцо волновод, который охватывает объемный СВЧ-резонатор и электромагнитно связан с ним через элементы связи, расположенные в стенке объемного СВЧ-резонатора равноудаленно от оси и равномерно по азимуту, а высокочастотный магнитно-импульсный индуктор окружает выступающий из выходного отрезка запредельного круглого волновода участок диэлектрической трубки по всей его длине.В качестве СВЧ-резонатора может быть использован шарообразный, или цилиндрический, или тороидальный резонатор.Элементы связи могут быть выполнены в виде по крайней мере одного ряда щелей в стенке СВЧ-резонатора.При недостаточности подводимой к СВЧ-резонатору мощности для самоподжига плазмы СВЧ-устройство может быть снабжено дополнительным средством для огневого поджига плазмы, обеспечивающим, например, подсыпку горячего табачного пепла в диэлектрическую трубку.В предлагаемом устройстве предпочтительно использовать объемный СВЧ-резонатор, выполненный на типе колебаний с максимумом напряженности электрического поля в его центре. Наиболее подходит для этого шарообразная форма СВЧ-резонатора. Он может быть выполнен также в виде цилиндра или тороида.Свернутый в неполное кольцо волновод, охватывающий СВЧ-резонатор, позволяет получить равномерное подведение СВЧ-энергии ко всем элементам связи между волноводом и СВЧ-резонатором.Размещение элементов связи на равном удалении от оси и равномерное расположение их по азимуту обеспечивает синфазность СВЧ-колебаний во всех элементах связи.Для предотвращения оседания плазмы на стенках СВЧ-резонатора и возможного при этом закорачивания элементов связи (выполненных, например, в виде узких щелей) при зажигании газового разряда в плазменной камере она выполнена в виде диэлектрической трубки, например, из кварца.Снабжение объемного СВЧ-резонатора входным и выходным отрезками запредельного круглого волновода предотвращает утечку СВЧ-энергии из СВЧ-резонатора, позволяя тем самым зажигать плазму при меньшей подводимой к СВЧ-резонатору СВЧ-мощности.Совокупность указанных конструктивных признаков предлагаемого изобретения позволяет возбудить в диэлектрической трубке СВЧ-устройства плазму с высоким энергосодержанием.Устройство снабжено ВЧ магнитно-импульсным индуктором. Он размещен вне полости объемного СВЧ-резонатора и окружает выступающий из выходного отрезка запредельного волновода участок диэлектрической трубки по всей его длине.Использование такого индуктора и предлагаемое размещение его в устройстве позволяет осуществить максимально быстрый вывод (“выстрел”) возбужденной плазмы за пределы устройства в виде плазмоида. Вывод плазмоида происходит практически без потерь энергии и обеспечивает автономное его существование в свободном пространстве в течение продолжительного времени.В обоих вариантах изобретения для зажигания плазмы в газовой среде, отличающейся по составу от атмосферного воздуха, диэлектрическая трубка может быть соединена входным концом с устройством для подведения газа или смеси газов, образующих эту газовую среду.Изобретение поясняется чертежами.На фиг.1 показано СВЧ-устройство для генерации плазмоидов, выполненное на основе СВЧ-резонатора открытого типа согласно первому варианту изобретения.На фиг.2 показан другой пример выполнения СВЧ-устройства по этому варианту.На фиг.3 показано СВЧ-устройство для генерации плазмоидов, выполненное на основе объемного СВЧ-резонатора согласно второму варианту изобретения.СВЧ-устройство для генерации плазмоидов согласно первому варианту изобретения, показанное на фиг.1, содержит СВЧ-резонатор 1 открытого типа, образованный двумя разнесенными друг от друга зеркалами 2 и 3, снабженными расположенными вдоль оси СВЧ-резонатора цилиндрическими отрезками запредельного круглого волновода 4 и 5 соответственно. Между зеркалами 2 и 3 расположен высокочастотный магнитно-импульсный индуктор 6. Через СВЧ-резонатор 1, отрезки волновода 4 и 5 и канал индуктора 6 проходит диэлектрическая трубка 7, например, из кварца. Устройство для подведения СВЧ-энергии к зеркалам 2 и 3 от СВЧ-генераторов 8 и 8’ (СВЧ-генератор 8’ на чертеже не показан) содержит волноводы 9 и 9’. В зеркалах 2 и 3 (на их участках 10 и 10’, образующих общие стенки СВЧ-резонатора 1 и волноводов 9 и 9’) выполнены щели связи 11 и 11’ соответственно. Входной конец диэлектрической трубки (охваченный отрезком волновода 4) может быть соединен с устройством подведения газа (не показано на чертеже), которое может быть выполнено, например, в виде форсунки, как показано на фиг.3 во втором варианте изобретения. Для уменьшения искажений СВЧ-поля внутри СВЧ-резонатора 1 и для снижения в нем СВЧ-потерь желательно располагать индуктор 6 внутри СВЧ-резонатора дальше от его оси (делать диаметр канала индуктора 6 больше), а внешнюю поверхность диэлектрической трубки желательно располагать вблизи стенок канала индуктора 6. На фиг.2 показан пример выполнения такого устройства. Проходящие через отрезки 4 и 5 запредельного волновода входной 7’ и выходной 7” участки диэлектрической трубки соосно присоединены через переходные участки 7’’’ к центральному участку 7”” диэлектрической трубки. Центральный участок 7”” диэлектрической трубки имеет большое поперечное сечение, а длину, равную длине окружающего его индуктора 6.Устройство работает следующим образом.К СВЧ-резонатору 1 через волноводы 9 или 9’ от СВЧ-генераторов 8 или 8’ подводится СВЧ-энергия, предпочтительно в импульсном режиме.Для зажигания плазмы в трубке 7 через отверстие на ее входном конце (охваченном отрезком волновода 4) подсыпают, например, горячий табачный пепел. В случае непрерывного режима подсыпают начальную для каждого цикла работы порцию пепла, а в случае импульсного режима подсыпку пепла осуществляют непрерывно.После зажигания плазмы в трубке 7 подают на индуктор 6 импульс высокочастотного напряжения, в результате чего плазма из трубки 7 выбрасывается (“выстреливается”) через отверстие на ее выходном конце (охваченном отрезком 5) в свободное пространство в виде плазмоида.Устройство, показанное на фиг.2, работает аналогично устройству, показанному на фиг.1, с тем отличием, что плазма зажигается внутри диэлектрической трубки, состоящей из участков 7’, 7”, 7’’’, 7””.СВЧ-устройство для генерации плазмоидов согласно второму варианту изобретения, один из возможных примеров конкретного выполнения которого изображен на фиг.3, содержит шарообразный объемный СВЧ-резонатор 12 (в устройстве может быть использован также цилиндрический или тороидальный резонатор), снабженный двумя отрезками 4 и 5 запредельного круглого волновода, расположенными вдоль оси СВЧ-резонатора 12 на противоположных его концах. Отрезки 4 и 5 охватывают диэлектрическую трубку 7 (например, из кварца), которая расположена вдоль оси СВЧ-резонатора 12 и пересекает его.К входному концу 13 трубки 7 подсоединена пробка-форсунка 14 (вихревая газовая форсунка), через которую подается газ в диэлектрическую трубку 7.Выходной участок 15 трубки 7 выведен из СВЧ-резонатора и выступает из выходного отрезка волновода 5.СВЧ-резонатор 12 охвачен волноводом 9, свернутым в неполное кольцо вокруг оси СВЧ-резонатора 12 и имеющим общую с СВЧ-резонатором 12 стенку 16. В стенке 16 равномерно по азимуту вокруг оси СВЧ-резонатора 12 и равноудаленно от оси расположены элементы связи, выполненные, например, в виде рядов щелей связи 11. На фиг.3 показаны два ряда щелей, расположенных выше и ниже сечения А-А.Волновод 9 входным концом подключен (непосредственно или через дополнительные элементы волноводного тракта) к СВЧ-генератору 8, в качестве которого может быть использован, например, мощный клистрон.СВЧ-генератор 8 может работать в непрерывном или импульсном режимах.Выступающий из отрезка волновода 5 участок 15 диэлектрической трубки 7 окружен по всей его длине насаженным на участок 15 трубки 7 высокочастотным магнитно-импульсным индуктором 6.ВЧ магнитно-импульсный индуктор 6 подключен к импульсному ВЧ-источнику (не показан на чертеже).На практике применяют импульсные ВЧ-источники с частотой колебаний в процессе импульса (разряда батарей высоковольтных конденсаторов) 20 и 100 кГц.Такой индуктор может быть выполнен, например, в виде широкой спирали или в виде набора пластин с полукруглыми центральными отверстиями. Каждый виток индуктора изолирован от другого, например, текстолитовыми пластинами с полукруглыми центральными отверстиями.Для вывода возбужденной плазмы из устройства служит отверстие 17 на выходном конце диэлектрической трубки 7.Дополнительный огневой поджиг плазмы может быть произведен, например, путем подсыпания горячего табачного пепла в трубку 7 со стороны ее входного конца (пробка-форсунка 14 при этом удалена).Устройство работает следующим образом.СВЧ-энергию подают от СВЧ-генератора 8 через волновод 9 и щели связи 11 в объемный СВЧ-резонатор 12.Для облегчения зажигания плазмы в трубку 7 подсыпают горячий табачный пепел (при открытом положении пробки-форсунки 14). При этом в случае непрерывного режима работы СВЧ-генератора 8, в трубку 7 подсыпают начальную для каждого цикла работы порцию пепла, а в случае импульсного режима работы (предпочтительного по уровню подаваемой мощности) подсыпку пепла производят непрерывно с помощью соответствующего устройства.После зажигания плазмы в трубке 7 (в центральной области СВЧ-резонатора 12) отверстие у входного конца 13 трубки 7 закрывают пробкой-форсункой 14 и затем подают через нее в трубку 7 под напором газ, например, азот. Струя газа увлекает плазму и выносит ее в область 15 трубки 7, окруженную ВЧ магнитно-импульсным индуктором 6.При подаче на индуктор 6 импульса ВЧ-энергии находящаяся внутри индуктора в трубке 7 (участок 15) плазма выбрасывается (“выстреливается”) через отверстие 17 в свободное пространство в виде плазмоида.В случае работы СВЧ-генератора 8 в импульсном режиме импульс ВЧ-энергии на ВЧ-индуктор 6 следует подавать с задержкой относительно импульса СВЧ-энергии (подаваемой в резонатор 12), учитывая время пролета плазмы от центра резонатора 12 до центра канала индуктора 6.Предлагаемые варианты изобретения позволяют возбудить в диэлектрической трубке плазму с высоким энергосодержанием и вывести ее в свободное пространство с помощью высокочастотного магнитно-импульсного индуктора в виде плазмоида, близкого по своим свойствам к естественной шаровой молнии.Исследование таких плазмоидов позволит изучить особенности условий их существования и состава. Полученные при исследовании данные могут быть использованы для создания эффективных устройств перспективной энергетики.Источники информации1. Будущее открывается квантовым ключом. Сборник статей академика Р.Ф. Авраменко. М.: Химия, 2000.2. “Наука и жизнь”, 1975, № 12, с.86.3. “Техника молодежи”, 1982, № 7, с.46-52.4. Авт. свид. СССР № 449288, МКИ G 01 N 21/56. СВЧ-плазмотрон для спектрального анализа, приоритет от 29.04.71, опубл. 05.11.74, БИ № 41.5. Патент Германии № 4008195, МКИ Н 05 Н 1/46. Устройство для возбуждения газового промежутка с помощью СВЧ-энергии, приоритет от 15.03.90, опубл. 26.09.91.6. Патент Германии № 4235914, МКИ Н 05 Н 1/46. Устройство для создания СВЧ-плазмы, приоритет от 23.10.97, опубл. 28.04.94.7. Патент Германии № 1924790, МКИ Н 05 Н. Сверхвысокочастотный плазмотрон, приоритет от 14.05.69, опубл. 19.11.70.Формула изобретения
1. СВЧ-устройство для генерации плазмоидов типа шаровых молний, отличающееся тем, что оно содержит соосно расположенные плазменную камеру, аксиально-симметричный СВЧ-резонатор с устройством для подведения СВЧ-энергии и высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, при этом СВЧ-резонатор выполнен в виде резонатора открытого типа, содержащего два зеркала, разнесенные друг от друга вдоль оси СВЧ-резонатора и обращенные друг к другу лицевыми сторонами, каждое из которых снабжено отрезком запредельного круглого волновода, расположенным снаружи от СВЧ-резонатора и соосно с ним, плазменная камера выполнена в виде диэлектрической трубки, которая проходит через СВЧ-резонатор и отрезки запредельного круглого волновода, причем выходной конец диэлектрической трубки служит выходом СВЧ-устройства, устройство для подведения СВЧ-энергии к СВЧ-резонатору содержит один или несколько волноводов, каждый из которых свернут вокруг оси СВЧ-резонатора в неполное кольцо и установлен на одном из зеркал с внешней стороны СВЧ-резонатора и электромагнитно связан с СВЧ-резонатором через элементы связи, расположенные в зеркале СВЧ-резонатора равноудаленно от оси и равномерно по азимуту СВЧ-резонатора, при этом СВЧ-устройство содержит высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, который расположен внутри СВЧ-резонатора симметрично между его зеркалами и окружает проходящую через СВЧ-резонатор диэлектрическую трубку по крайней мере на части ее длины.2. СВЧ-устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве зеркал СВЧ-резонатора использованы параболические зеркала или зеркала, выполненные в виде сегментов сферы, или плоские зеркала.3. СВЧ-устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элементы связи выполнены в виде по крайней мере одного ряда щелей в зеркале СВЧ-резонатора.4. СВЧ-устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что проходящие через отрезки запредельного круглого волновода входной и выходной участки диэлектрической трубки соосно присоединены через переходные участки к центральному участку диэлектрической трубки, который имеет большее поперечное сечение и длину, равную длине окружающего его высокочастотного магнитно-импульсного индуктора.5. СВЧ-устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что диэлектрическая трубка соединена входным концом с устройством для подведения газа.6. СВЧ-устройство для генерации плазмоидов типа шаровых молний, отличающееся тем, что оно содержит соосно расположенные плазменную камеру, аксиально-симметричный объемный СВЧ-резонатор с устройством для подведения СВЧ-энергии и высокочастотный магнитно-импульсный индуктор, при этом СВЧ-резонатор снабжен входным и выходным отрезками запредельного круглого волновода, расположенными вдоль оси СВЧ-резонатора по обе стороны от него, плазменная камера выполнена в виде диэлектрической трубки, которая проходит через объемный СВЧ-резонатор и отрезки запредельного круглого волновода, причем диэлектрическая трубка соединена входным концом с устройством для подведения газа, а выходным концом выведена из объемного СВЧ-резонатора через выходной отрезок запредельного круглого волновода и выступает из него, устройство для подведения СВЧ-энергии к объемному СВЧ-резонатору содержит свернутый вокруг оси СВЧ-резонатора в неполное кольцо волновод, который охватывает объемный СВЧ-резонатор и электромагнитно связан с ним через элементы связи, расположенные в стенке объемного СВЧ-резонатора равноудаленно от оси и равномерно по азимуту, а высокочастотный магнитно-импульсный индуктор окружает выступающий из выходного отрезка запредельного круглого волновода участок диэлектрической трубки по всей его длине.7. СВЧ-устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве СВЧ-резонатора использован шарообразный, или цилиндрический, или тороидальный резонатор.8. СВЧ-устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что элементы связи выполнены в виде по крайней мере одного ряда щелей в стенке СВЧ-резонатора.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3