CN1295946C - 冲击压缩物质的装置和方法以及等离子体阴极 - Google Patents

冲击压缩物质的装置和方法以及等离子体阴极 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在轴对称的相对真空二极管(RVD)中冲击压缩物质的方法，该二极管有一等离子体阴极和一阳极增强子，该方法包括：制造一轴对称的浓缩物质的目标，其至少作为阳极增强子的一部分；轴向放置所述电极；通过RVD进行电源脉冲放电。为了将目标物质的绝大部分压缩至超密状态，轴对称等离子体阴极以一导电杆和一电介质端元件的的组合形式使用，其发射表面面积大于所述导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积，阳极增强子朝着等离子体阴极的方向放置以便于阳极增强子的工作表面的曲率中心位于集中自聚焦电子束的焦点空间内；阳极增强子有一电子束作用其上，该电子束有不少于0.2MeV的电子能量，电流密度不小于106A/cm2，持续时间不大于100ns。

Description

冲击压缩物质的装置和方法以及等离子体阴极
技术领域
本发明涉及一种将浓缩物质(液体或者，最好是固体)冲击压缩到超密状态的方法，在这种状态下，可以进行浓缩核过程和惯性约束聚合(以下简称为ICF)；
还涉及一种为实现上述方法而设计的、基于具有等离子体阴极的相对真空二极管(以下简称RVD)的装置结构。
这种技术实际上是将某种化学元素的原子核演变成其他化学元素的原子核，以达到以下目的：
实验上获得更好的化学元素的稳定同位素，该化学元素包含稳定的铀后元素的合成物；
将含有长寿命同位素的、放射性的废物再加工成含有短寿命同位素和/或稳定同位素的材料，这对于净化使用过的伽马射线源，例如基于广泛用于工业和医药领域的钴的放射性同位素，特别重要。
将来，这种方法也许将有益于通过ICF与更好的固体目标的利用获取能源。
为达到清楚描述的目的，在本文中和后面的权利要求书中使用的以下术语的概念如下：
“目标”是曾经用于至少一种化学元素的至少一种任意同位素的冲击压缩量，是一种用于获得核转化的产物的原料，也可以是一种用于能源制造的最初的能源载体；
“冲击压缩”是一种在目标的至少一部分上的自聚焦的会聚密度波的等熵冲击作用；
“超密状态”是目标的至少一部分经冲击后压缩的一种状态在该状态下，目标物质的大部分转变成电子核和电子核的等离子体；
“浓缩核过程”是一种压缩成超密状态的目标物质的电子核的等离子体与电子核的成分之间的重新组合的相互作用(特别是“冷的”)，可导致至少目标的同位素的成分发生变化；
“等离子体阴极”是一种RVD负电极的可消耗的轴对称部分，它能够(在放电脉冲的开始)随着近似于零电子工作功能而产生(近表面层的材料的)等离子体壳体；
“阳极增强子”是一种使用过的可以替代的RVD阳极的轴对称部分，它可以完全由适合的(主要部分)导电材料制成，可在最简单的演示实验中作为目标本身来使用。或者，当阳极增强子用于工业应用时，它具有至少一个由硬质材料制成的单层壳体的形状，一个可选择的目标也轴对称地固定在该单层壳体内部以提供声学的接触；
“聚焦空间”是RVD真空腔里的一个空间，它空间地界定了RVD电极的公共几何对称轴的某一长度，并且其中(在缺少障碍物以及等离子体阴极的发射表面面积、电子能量和电流强度为预设值的情况下)由于相对电子的聚合性的自聚焦，可能存在部分电子束。
背景技术
众所周知，理论上(参见如U.S.Pat.No.4401618)为执行一受控制的核聚变，以下是充分而且必需的：
首先，要制造出微小尺寸的目标，其质量从几微克到几毫克；
第二，把形成的目标固定于一空间内；
第三，通过对目标尽可能均匀的冲击压缩，将目标物质转化成一个超密状态；
第四，在此种状态下将目标物质保持足够长的时间，使原子嬗变和/或核聚变，这将伴随着能量的释放或吸收。
值得一提的是，所述的目标质量的限制主要由于ICF变得很重要，因为1毫克的氘或氘和氚的混合物相当于大约20至30千克三硝基甲苯的能量。
而且，理论上很明显的一个事实是，嬗变和/或核聚变实际上伴随着超密状态的获得而同时发生。因此，迄今为止，核物理领域的研究者的努力已经集中在产生许多物质冲击压缩的有效方法和装置。
最后，理论上也很明显的是：
上述的压缩只有在产生了几十个ns的持续时间的大功率的机械脉冲并且将这些脉冲聚焦在目标表面的大部分区域上(直至整个表面)的条件下才有可能，目标需要与环境安全地绝缘。
为达到该目的，需要有能流的时空压缩工具，例如基本的能量源，至少一个储能器，至少一个将累积的能量转换成机械冲击脉冲的转换器和一个机械打击器，用来完成脉冲在目标上的必要的等熵转换，
这样一套完备的工具以及它们之间的相互作用所产生的问题可以通过不同的方式来解决，这依赖于物质的冲击压缩试验的目的，倘若(当与一工业动力网络连接时)第一个而非仅有的一个储能器通常是基于一个LC电路的装置的话(参见例如下列收集的文章：Energy Storage，Compression and Switching，edited by W.H.Bostick，V.Nardy and O.S.F.Zuker.Plenum Press，New York and London)。
曾有很长一段时间，在实践中为实现所述的理论性假设的努力仅仅集中在ICF，它的工业控制好像对人类进入“能源天堂”来说已经足够了。
由于这个原因，最初只有气态氘或者是氘和氚作为活性物质来使用，而且目标被制成充满了所述的氢的同位素的微小部分(大约0.1毫克)的密封空球体的形状。然后，激光驱动器的光束从各个面均匀同步地指向每一个这样的目标。
壳体的加热致使其外侧部分烧蚀(部分蒸发)。脱水材料的膨胀引起了导致内爆的反应力，例如，壳体内部的均匀压缩和目标的活性物质趋于球体中心(参见例如(1)US4401618；(2)J.Lindl，Phys.of Plasmas，1995；(3)K.Mima et al，Fusion Energy，1996.IAEA，Vienna，V.3，p.13，1996)。
这一ICF方案看起来毫无缺点。实际上，激光辐射脉冲的持续时间能达到大约1ns，这就能保证能流的充足的压缩时间，而且目标表面区域的急剧减少也成为所述的能流的空间压缩的先决条件。
令人遗憾的是，激光器的效率不超过5％，考虑劳森标准(J.D.Lawson，Proc.Phys.Soc.，B70，1957)，从最开始就使得激光驱动器的效力令人怀疑的。而且，激光转换的同步需要一复杂的自动控制系统。最后，烧蚀伴随着把壳体和目标作为一整体加热时的能量的巨大损耗。因此，迄今为止，没有人把目标的气体物质变成超密状态，也没有人得到可以超过ICF开始的能量消耗的能量的积极收益。
已知的是，大家都努力于通过使用一声学驱动器的方式创造出足够的压力和温度来点燃聚变反应，这会引起在浓缩中的气蚀现象，特别是液态目标(美国专利号4333796、5858104和5659173)。特别地，国际公开号为WO 01/39197的专利申请描述如下：
(1)一个气蚀聚变反应堆包括：
至少一个机械超声波振荡源，
最好有复数个以共振方式伴随着区域每一单元内的能流的增长、能将这些振动发送到目标的限定空间中的声音传导体，
以一适合的热转换器的形式出现的去热装置；
(2)所述反应堆的使用方法，包括：
通过把核聚变所需的燃料，最好是氘化钛，或氘化锂，或二氘化钆等等，从一耐火金属(例如钛、钨、钆、锇或钼)压缩成固体空间传导矩阵，制造微弱地传导声音的目标，
引入至少这样一个目标的至少这样一个矩阵，将其与连接于机械超声波振动源的至少一声引传导体进行声学的接触，
以共振方式的一连串超声波脉冲作用于矩阵上，由于机械振荡的动能转化成热量，这种作用导致氘化物的机械和化学破坏以及目标的液化，并且由于氘化物从目标的“蒸发”，例如蒸汽泡的出现和它们在主体材料的压力下的瓦解，本质上同时引起“液体”目标的气蚀发生。还有，
随着目标内部能量的释放，核聚变反应结束后终止整个过程。
固体(初始状态)目标的使用和冲击压缩它们的超声波机械脉冲似乎很有吸引力，然而令人遗憾的是，就像激光一样，超声源只有很低的效率。此外，不同于激光的是，这些超声源在脉冲中产生很小的能量，这需要使“超声源-氘化物目标”系统处于共振模式。然而，即使是在这种模式下，能量的主要部分消耗在了加热目标和消散上，因此，即使是在长时间的抽运能量至目标上的情况下，物质冲击压缩成超密状态也是达不到的。
于是，制造出一种可行的方法和装置来把物质冲击压缩成超密状态就变得紧迫起来。
长期采用的解决方式从20世纪初以来就基于RVD的使用(参见例如(1)C.D.Child，Phys.Rev.，V32，p.492，1911；(2)1.Langmuir，Phys.Rev.，V.2，p.450，1913)。
每一个RVD包括一真空腔体，其中固定有一阴极和一阳极，所述的阴极和阳极经由一脉冲放电器连接至一充电器。由于可以充分地充电和放电脉冲的持续时间短，这些二极管能够提供源自阴极表面的爆发性的电子发射和电子加速至相对论的速度，效率超过90％。
正是由于强有力的电子束的发生器和加速器的功能，相对真空二极管在整个20世纪内成为物理学家们的注意焦点，对这种二极管作为一个整体的设计特别是其阴极进行了无数次的改进，目的是为了电子束能量的时空压缩并将这些电子束塑造成所要求的空间形态。
从美国专利3,892,970中可以得知作出了一种尝试，其发明了一种通过RVD内的冲击ICF压缩一种物质的方法，这种方法包括：
首先，从冻结的热核燃料(例如氘或氘和氚的混合物)中提出以浓缩的(最好是固体)物质的对称球的形式的目标，
其次，将目标置入RVD电极中，也就是置入这个空间中，其中阳极等离子体发生装置的输出被打开，接着
第三，几乎同步地注入阳极等离子体和目标的压缩，伴随着依靠通过阳极等离子体的强电流(100TW的和1MJ的能量)短路而产生的脉动(10ns)环形冲击。
然而，这种方法并不能提供目标物质的压缩至超密状态并为了能量释放的核聚变保持这种状态保持足够长的时间，因为很明显目标的尺寸大小小于大约1.5MeV能量的电子的路径长度，这就是为什么电子的动能实际上很快地转变成目标体内的热能，并导致了核燃料的空间热能的爆炸。进一步地，伴随着能量源的放电，在已知的方法中很难使自由飞行的目标同时击中一环形RVD阴极的中央，同时产生一平板的等离子体阳极。于是，电流在目标上的聚集只有偶尔才能获得，尽管调整了放电电压和阳极等离子体密度。
从上述同一个专利中得知，一基于RVD的用于物质的冲击压缩的设备，包括一个球形真空腔体，其装有热交换器和为目标进料配备的通道，两个以真空腔体的中央平面而对称布置的环形电极，位于阴极之间的附加的等离子体注入装置，在补给电路的放电之前直接形成一平板等离子体阳极。
最后，从上述同一个专利中得知，阴极有一电流运载部分和一制成环形的聚集尖端，其有着为增加其上的电场梯度的一尖锐的边缘。这个阴极的尖端的边缘在放电时布满了等离子体层。
实际上不可能在这种RVD中把环形电子束的能量的有形部分转移到目标，因为电子束在它形成时就已经接近收缩阈值，而且不稳定(特别是与这样的等离子体阳极结合，在每一脉冲期间和从一脉冲至下一脉冲期间参数都会发生本质变化)。
因此，所希望的是，阳极应该由固体物质得到，其本身起目标的作用或与目标合并，而且应该避免电极之间的间隙中的收缩，并且在放电的过程中阳极表面同时达到电子束的自聚焦。
令人惊讶的是，依照可以获得的数据，关于这种方法的改进的主要注意力都只是花费在当使用实质的平板电极时改变RVD阴极发射体的形状上。这种近似方法的一个醒目的例子是基于RVD的电子源脉冲，它包括一电解质材料的成一定形状的盘子的等离子体阴极和一个正好与盘子表面部分的形状相同的传导盖体(SU1545826A1)。在一个脉冲放电下，这样一个复合的阴极可以产生一电子束，它并不受限于收缩而且有着与电解质盘体相对应的形状。
然而，这种ICF和核浓缩过程所必需的目标的尽可能的均匀的压缩仅仅通过改变电子束的形状是达不到的，因此，所描述的RVD和其近似物应用于物质冲击压缩至超密状态的过程中并不可行。
禁止电极间间隙的收缩和在目标表面上提供电子的自聚焦的问题使得很多物理学家如此悲观以至于他们得出了RVD作为嬗变过程的驱动器和ICF不适用的结论(参见例如(1)James J.Duderstadt，Gregory Moses，Inertial Confinement Fusion.John Wiley and Sons，New York，1982.(2)E.P.Velikhov，S.V.Putvinsky.Fusion Power.Its Status and Role in theLong-Term Prospects.In 4.2.2 Drivers for Inertial Controlled Fusion/http：//relcom.website.ru/wfs-moscow.etc.)。
虽然如此，这个方向的研究仍在继续。
因此，至于技术本质，与本发明最接近的是，主要适用于物质冲击压缩的方法和装置在专注于粒子加速器(S.Adamenko，E.Bulyak et al.Effect of Auto-focusing of the Electron Beam in the Relativistic Vacuum Diode.In：Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference，New York，1999)的国际会议上和后来的一篇文章上公开(V.I.Vysotski，S.V.Adamenko et al.Creating and Using of Superdense Micro-beams ofRelativistic Electrons.Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A 455，2000，pp.123-127)。
本领域技术人员很容易地可以从上述信息源察觉到，物质的冲击压缩方法包括：
从至少是RVD阳极的一部分的浓缩物质中产生一类似于这样一种轴对称部分的形状的目标(即，类似于针状阳极增强子的半球状尖端的形状，它有几微米的直径)，
将目标置于同一轴对称的等离子体阴极相固定的RVD中，其实际上位于和所述的阳极增强子相同的几何轴上间隔几毫米的位置放置，和
通过RVD、以电子束自聚焦方式在阳极增强子表面进行电源的脉冲放电。
使用所描述的方法实现物质的冲击压缩的装置的制造基于一RVD，它包括：
一个形状呈轴对称以界定一真空腔体的坚固的气密外壳，其部分由导电材料制成，和
一个轴对称的等离子体阴极以及一个轴对称的阳极增强子固定于所述的腔体内，实际上在同一个几何轴上至少等离子体阴极连接至一脉冲高压电源。
阴极依照一经典的方案制成：“导电(通常是金属)杆朝着阳极方向合并并以电介质元件结束”，后面元件的操作端的周长和面积不大于各自的周长和所述的杆的横截面积(Mesyats G.A.Cathode Phenomena in aVacuum Discharge：The Breakdown，the Spark and the Arc.Nauka Publishers，Moscow，2000，p.60)。
将两极的形状塑造成特定的几何形状以允许在RVD间隙中抑制收缩，并使电子束变尖锐以提供其在阳极增强子表面的一小部分上的自聚焦。
然而，这样在阳极增强子上的本质上的尖端作用只是对RVD应用于物质的冲击压缩的演示才合适，但它不能在每一个脉冲放电时提供目标体的绝大部分的压缩至超密状态。
发明内容
因此，本发明基于以下问题：
第一、通过改变执行步骤的条件的方式，产生一种将目标物质的绝大部分冲击压缩至超密状态的方法，它在每一个脉冲RVD放电时完成，
第二、通过改变RVD中的电极形状和它们的相对位置的方式，产生一种通过冲击来压缩物质的装置，它可以保证方法的有效应用，以及
第三、通过改变导体及电介质部分的形状和尺寸比率的方式，产生一种给所述的方法提供最经济有效应用的轴对称的等离子体阴极。
问题的第一个方面获得了解决，所以在冲击压缩物质的方法中采用一个RVD，它具有一个有导电壁的轴对称的真空腔体，一个轴对称的等离子体阴极和一个轴对称的阳极增强子，该方法包括：
制造一个形状为浓缩物质的轴对称部分的目标，起到阳极增强子的至少一部分的作用，
将阳极增强子以一间隙对着等离子体阴极放入RVD腔体中，实际上它们位于同一几何
轴上，以及
经过RVD、以电子束自聚焦的方式在阳极增强子表面进行电源的脉冲放电，依照本发明，
轴对称等离子体阴极为一导电杆和一电介质端元件的组合形式，其发射表面面积大于所述导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积，
阳极增强子以这样一个间隙朝着等离子体阴极放置，使得阳极增强子的工作表面的曲率中心位于共同自聚焦的电子束的焦点空间内，以及
阳极增强子有一电子束作用其上，该电子束有不少于0.2MeV的电子能量，电流密度不小于106A/cm2，持续时间不大于100ns。
该方法的应用结果恰好对那些已经从事了十多年的研究的发明者来说是很不可思议的，因此，使用具有高纯度的铜、钽和其他材料的最简单的单金属目标使以下实验演示成为可能：
冲击压缩之后，每一个目标块的有形部分分开并作为嬗变产物的集合体急速下落在RVD真空腔体的内壁上和/或以下将要提到的护罩上；
一些集合体在它们的元素组成上是相当相似的；
在集合体中当然不仅检测到了已知化学元素的稳定的同位素，它们在目标物质中并不作为混合物存在，还有未知的和还未证实的铀后元素的相对稳定的同位素；
目标物质嬗变的产物的同位素成分本质上不同于地壳中相同元素的同位素成分的参考数据，
直到现在，从嬗变区域检测热能的积极收率的努力都失败了。
以上所述从本质上把依照本发明的嬗变与传统的嬗变区分开，传统的嬗变通过对固体目标(例如，由相同的铜或钼制得)的离子(通常是氘核)轰击获得，该离子由具有磁化限定的阳极等离子体的源产生并，并在复杂危险的正运转着的脉冲加速器中运行，在大于5Mev的离子能量下获得1kw的能流，(参见例如，美国专利号5848110)。实际上，只有预先已知的化学元素，例如Zn65，Mo99，I123，O15等等的预先已知的主要的放射性的同位素才能由这一过程得到，然而关于本发明的方法至少对于化学研究足够多的铀后元素的聚变来说是可行的。
以上所述和以下将要详细描述依照本发明实施的方法的结果可以作如下假设，电子束共同自聚焦在阳极增强子表面的一实质部分上，并在其近表面层激励一机械的类似于孤子的密度脉动集中于目标的对称轴上。所述脉动以等熵方式将来自电子束的能量传送到目标物质上靠近对称轴的一部分。该脉冲前沿趋于一球形。因此，当类似于孤子的脉动在目标的对称轴中心上减小到某一较小的体积，其前沿变得陡峭，其中的能量密度增大到足够大的值使得物质达到超密状态，核浓缩过程得以继续。这就是为什么最简单的(同时也是非常重要的，实施过程中实际上是安全的)具有最小能耗的RVD型电子加速器(以下会详细描述)提供了具有同位素的宽频谱产生的嬗变核反应。
第一个附加特征是，在相对真空二极管中使用的等离子体阴极有一个尖的导电杆，这个阴极的电介质端元件配备了一个开口用于装在所述的导电杆上，所述杆体的安装部和尖端一起都位于开口里。这就可以至少部分控制RVD电极之间的间隙，也可以使等离子体阴极工作稳定，这对于冲击压缩过程的实验优化特别重要。
第二个附加特征是，目标是以插入RVD阳极增强子的中央部分的插入物的形式形成的，所述插入物的直径在阳极增强子的最大横截面尺寸的0.05至0.2范围内选择。这就允许使用任何一种材料作为压缩至一超密状态的对象而不用考虑其电导率和其在固体及液体中的使用情况。自然地，液体应当直接封入阳极增强子的固体壳内或者封入一独立的壳体内，封闭之后，其必须以最大的声学透明度插入阳极增强子中。
第三个附加特征是，至少阳极增强子的指向等离子体阴极的那部分在装入RVD之前形成球状，这就允许机械的类似于孤子的密度脉动集中在极微小的体积里，集中的结果是，给每一个目标物质提供冲击压缩使其达到超密状态，伴随着嬗变产物的1017至1018个原子的产生即使在单次“发射”能耗最小(300-1000J)的时候。
第四个附加特征是，目标以球状体的形式形成，它紧紧地装在阳极增强子内使得球体的内外中心实际上重合在一起，这就能提高嬗变材料的产量。
第五个附加特征是，阳极增强子由电子束作用其上，电子束有着能达到1.5MeV的电子能量，电流密度不大于108A/cm2，持续时间不超过50ns。这些参数对于核浓缩过程在目标中的进行来说是足够，目标由大部分的周期表“中间部分”的化学元素的稳定的原子组成。
第六个附加特征是，电子束的电流密度不大于107A/cm2，这对于浓缩目标材料的主要部分的有效冲击压缩来说足够了。
第七个附加特征是，在RVD真空腔体内的剩余压力维持在不大于0.1Pa的水平上，这对于防止RVD电极间的气体放电来说足够了。
问题的第二个方面的解决在于物质的冲击压缩装置，其基于RVD并包括：
一坚固的气密外壳，其部分由导电材料制成轴对称形状来界定一个真空腔体，和
一个轴对称的等离子体阴极以及一个轴对称的以一间隙装在真空腔体内的阳极增强子，实际上它们位于同一个几何轴上，依照本发明，至少阴极连接至一脉冲高电压电源。
轴对称等离子体阴极为一导电杆和一电介质端元件的组合形式，其发射表面面积大于导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积；
上述电极至少一个配备有调整电极间的间隙的工具，以及
从所述的等离子体阴极的共同的几何轴到真空腔体的导电壁内部的距离大于50dmax，dmax是阳极增强子的最大横截面积尺寸。
有着上述特征集合的RVD至少对于某些化学元素的核子到另一种化学元素核子的嬗变来说是有用的，这一点在上述的本发明的方法的主题的解释中已经揭示了。
第一个附加特征是，等离子体阴极的导电杆是尖的，而且这个阴极的电介质端元件配备了一个开口，便于装在所述的导电杆上，所述杆体的安装部和尖端一起都位于开口里。这种设计就使得稳定等离子体阴极工作成为可能，而且可以相对于导电杆通过移动电介质端元件来至少部分调整RVD电极之间的间隙。
第二个附加特征是，阳极增强子的横截面为圆形，并且阳极增强子完全是由可被嬗变的主要部分导电的材料产生。这就允许演示纯金属和金属合金的最简单的样本的嬗变效果，特别是允许产生出铀后元素。
第三个附加特征是，阳极增强子是合成的，它包括至少一层固体壳体和被这层壳体紧紧包住的插入的目标，所述目标是一旋转体的形状并由一直径范围在(0.05-0.2)dmax内的任意浓缩材料制成，dmax是阳极增强子的最大横截面积尺寸。这就允许实施物质的冲击压缩，不仅以原子核子嬗变为目的而且还以在空间中产生能量为目的，在该空间中核浓缩过程以实质上(至少在顺序上)超越劳森标准进行。
第四个附加特征是，最好是导电材料的至少一护罩装在阳极增强子的尾部，它能捕获作为主要目标冲击压缩至一超密状态的结果产生的核浓缩过程的产物的一部分，并起到在阳极增强子的嬗变粒子的散射中的核反应的附加目标的作用。
第五个附加特征是，所述的护罩是一个直径超过5dmax的薄壁旋状体，其与所述的阳极增强子的等离子体阴极端的最近部分的距离不大于20dmax，dmax是阳极增强子的最大横截面积尺寸。这样的护罩能促进阳极增强子表面的主要部分上的电子束的自聚焦，还能捕获浓缩核过程产物的有形部分。
第六个附加特征是，所述的薄壁旋状体在阳极增强子的一侧有一平的或凹的表面，这有效延缓了核浓缩过程产物在真空腔体壁上的沉淀。
问题的第三个辅助方面的解决在于，在轴对称的等离子体阴极中，它有一个导电杆，用来连接至一脉冲高压电源，还有一个本发明的电介质端元件，该导电杆和一电介质端元件组合在一起，该轴对称等离子体阴极的发射表面面积大于导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积。
在沿表面击穿的情况下，这个阴极的电介质端元件立刻覆盖等离子体。该等离子体中的电子工作功效接近于零。因此，RVD电极中间的间隙中的电流和电子束中的总的电子能量实际上分别与这些参数的物理上可允许的最大值相符合。这就是为什么本发明的等离子体阴极在物质的冲击压缩的基于RVD的设备中特别有用的原因。
第一个附加特征是，等离子体阴极的导电杆是尖的，而且这个阴极的电介质端元件配备了一个开口，便于装在所述的导电杆上，所述杆体的安装部和尖端一起都位于开口里。电介质端元件如上面提到的，这就使得使用等离子体阴极至少作为一设备来调整RVD电极之间的间隙成为可能。
第二个附加特征是，电介质端元件有一个封闭的开口，这对于调整RVD电极之间的间隙来说更可取。
第三个附加特征是，电介质端元件有一个直通的开口，这对于控制等离子体云的形成并在击穿时刻稳定RVD工作来说更可取。
第四个附加特征是，电介质端元件由一种材料制成，这种材料从一个族中选取，该族包括单个碳-碳键(例如，聚乙烯、聚丙烯等等)的碳链聚合体，层压纸制品或具有有机粘结剂、乌木、天然或合成的云母、属于周期表中的第3至7族纯金属氧化物、无机玻璃、微晶玻璃、陶瓷电介质和玄武岩纤维毡制品的层压胶布板状复合材料。
考虑多种不同的需要，更好的材料的目录允许对电介质进行选择，例如，就方便性而言，所述的有机材料和玄武岩纤维毡对于制造电介质端元件和在调整RVD电极之间的间隙时操作它们是有用的，就耐磨性和对每一次“冲击”之后RVD真空腔体内的剩余压力的最小作用而言，上述其余的无机材料是有用的。
第五个附加特征是，万一有冲击，电介质端元件有一个展开的表面来促进在击穿情况下等离子体云的形成。
第六个附加特征是，所述电介质元件的最小横截面尺寸是Cde min＝(5-10)Ccr max，所述元件的长度是Ide＝(10-20)Ccr max，Ccr max是导电杆的最大横截面尺寸。等离子体阴极的部分的这种相对尺寸完全排除了RVD电极中间的间隙中的收缩并保证了电子束在阳极增强子的重要部分上的自聚焦。
需要理解的是：
在本发明的特殊实施方式的选择中，可以在基本的发明概念的基础上随意组合所述的附加特征，
发明概念可以增补且/或使用已有技术的成熟的常识在权利要求的范围内进行说明，以下揭示的发明的优选实施方式并不限制发明的范围。
附图说明
本发明的本质将结合附图，通过详细描述冲击压缩物质的装置和方法来阐明(核浓缩过程中的核嬗变的例子)，其中：
图1是RVD中电极的结构布局图，指出了可调整的几何参数；
图2是脉冲高电压源的框图；
图3是轴对称的等离子体阴极的优选结构图(沿对称轴的截面图)；
图4是轴对称的等离子体阴极的背部端的沿IV-IV剖开的显示图(包含导电杆的截面)；
图5是直接用作一目标的轴对称的阳极增强子的整体示意图，用来演示冲击压缩物质至超密状态(沿对称轴的截面)；
图6是一中空的轴对称阳极增强子，有一插入的球状的目标，它被设计成，例如，至少将所选的化学元素的长寿命辐射性同位素的粒子部分嬗变成通常的化学元素的稳定同位素(沿对称轴的截面)；
图7是RVD放电脉冲中的电压和电流变化的图表；
图8是依照纯铜嬗变的产物中的原子核质量的化学元素的绝对(按重量％)分布图；
图9是依照纯铜嬗变的产物中的原子核质量的同样的化学元素的相对分布图；
图10是依照纯钽嬗变的产物中的原子核质量的化学元素的绝对(按重量％)分布图；
图11是依照纯钽嬗变的产物中的原子核质量的同样的化学元素的相对分布图；
图12是依照纯铅嬗变的产物中的原子核质量的化学元素的绝对(按重量％)分布图；
图13是依照纯铅嬗变的产物中的原子核质量的同样的化学元素的相对分布图；
图14是通过天然镍的样本的研究获得的镍的同位素的参考质谱，其与地壳中的此种同位素的天然丰度相符；
图15是由整体铜目标中的核浓缩过程的结果获得的、铜护罩上的集合体之一的镍的同位素的相对分布的质谱；
图16与图15同样的质谱，由相同的护罩上的镍原子的另一集合体的研究获得；
图17是物质冲击压缩至超密状态的产物的显微照片，以有着敲入铜护罩并部分被离子束刻蚀的球状腔体的铁半球的形式。
具体实施方式
本发明的装置(图1)是在RVD的基础上制成的，其基本部分是：
一个坚固的气密外壳1，其部分由导电材料(例如，铜或不锈钢)制成，设计成轴对称的形状以界定一个真空腔体。在工作条件下，该真空腔体由电介质的端盖体2关闭，当需要时，还通过至少一根管道(图未示)连接至一真空泵；
一不可消耗的、呈轴对称的导电杆3，其截面最好为圆形且在纵向上呈锥形，坚固地并紧紧地固定在盖体2中，用于连接RVD至一下述的脉冲高压电源；
一可更换的(当磨损之后)轴对称的等离子体阴极包括：
一导电杆4，其尾部装在导电杆3中，和
一紧密地与导电杆4连接的电介质端元件5，所述的电介质端元件5的工作端的面积超过导电杆4的横截面积；
一完整的或包含目标7的轴对称阳极增强子6，所述阳极增强子的最大横截面积小于电介质端元件5的发射表面的面积；
可选地，一最好由导电材料制成的护罩8安装在阳极增强子6的尾部；
至少一个调整电极间的间隙的工具(没有特别显示出来，但是在等离子体阴极4、5和阳极增强子6的轮廓下用一对箭头表示)，例如，有一对称轴的阴极等离子体的电介质元件5的端表面的横断点与阳极增强子6的端部的相似点之间的间隙，该两点实际上沿着同一几何轴布置。
在这个最简单的实例中的RVD脉冲高压电源(图2)对那些本领域中熟悉已有技术的人来说是众所周知的，它包括具有至少两个等离子体(或其他)电流断流器的至少一个电容或电感储能器。然而，最好是混合电源(参见例如，1.P.F.Ottinger，J.Appl.Phys.，56，No.3，1984；2.G.I.Dolgachev et al.Physics of Plasma，24，No.12，p.1078，1984)，其以下串联的元件(图2)：
一个输入变压器9，其具有一用以连接一个工业动力网和一个高压输出线圈的元件，
一个储存LC电路10，其具有适当的(未示)电容和电感，
一个用在LC电路中放电电流的等离子体中断单元11，包括一套本领域人员熟知的、对称位于一个平面的等离子枪，其数量(特别的情况下达到12个)通常等于LC电路中电容的数量。
当然，除了所述的电源单元以外，RVD脉冲高压电源通常结合了用于测量脉冲电流和电压的设备(图未示)，例如至少一个RogovskiBelt和至少一个电容性的电压分压器。
这种类型的电源用于通过冲击将物质压缩至超密状态的实验中的RVD供应，这在下面会谈到。这个电源能提供以下控制参数值：
电子束的平均能量............................0.2至1.6MeV
电子束持续时间..............................不大于100ns
电子束能量..................................2*109至0.75*1012W
高压放电电流................................10kA至500kA
为有效的实施物质的冲击压缩方法，当产生RVD和目标的分离部分时推荐遵从大多数附加条件。
因此，重要的是从等离子体阴极4、5和阳极增强子6的共同几何轴到壳体1的导电壁的内侧的距离要超过50dmax，dmax是阳极增强子6的最大横截面尺寸。
令人希望的是，等离子体阴极(图3)有弄尖的导电杆4和一个窗或直通开口的电介质端元件5。这个电介质端元件5必须稍微紧密地安装在导电杆4上，以便于导电杆4的安装部分连同尖端一起可以在上的开口里被发现。这样一个开口其横截面和导电杆4(在轴对称的情况下)的横截面可以不是环形的(例如，卵形、椭圆形、如图4所示的星形，等等)。
同样，令人希望的是，至少在一个平面内垂直于等离子体阴极的对称轴的电介质端元件5(图4)的后端的周长以一连续的间隙包围导电杆4的周长。可以理解的是，这种情况可以在导电杆4和电介质端元件5的横截面轮廓为各种形状的条件下提供。
更可取的是，等离子体阴极的电介质端元件5有一个展开的外表面，例如，最初粗糙的，如图4所示，或者至少在任一方向上故意形成波纹的。特别是，电介质端元件5可以在其横截面上有着轴对称的多个尖角的星形。
令人希望是，所述的电介质端元件5的最小横截面尺寸Cde min在(5-10)Ccr max的范围内，长度Ide在(10-20)Ccr max的范围内，Ccr max是导电杆4的最大横截面尺寸。
所述的等离子体阴极的电介质端元件5可以由任一电介质材料制成，在RVD电极间的间隙中的所选工作电压下，其(在所选形状和尺寸下)可以被击穿。
优选的是，这种材料从族中选取，该族包括单个碳-碳键(例如，聚乙烯、聚丙烯等等)的碳链聚合体，层压纸制品或具有有机粘结剂、乌木、天然或合成的云母、属于周期表中的第3至7族纯金属氧化物、无机玻璃、微晶玻璃、陶瓷电介质和玄武岩纤维毡制品的层压胶布板状复合材料。
如上所述，轴对称的阳极增强子6可以是：
一体的(图5)并由一任意的固体组成，该固体通常一种其内部可以导电材料，最好是导电材料(包括纯金属和它们的合金)，例如，铜，钽，铅等等；
或者具有(图6)至少一个最好由导电材料制成的、最好是球状的单层壳体，以及一个紧密地安装在所述壳体中并由冲击压缩后的任一浓缩
(固体或液体)物质制成的、呈轴对称插入的目标7。
该轴对称插入的目标7的最大直径最好在(0.05-0.2)dmax的范围内选取，其中，dmax是阳极增强子6作为一个整体时的最大横截面尺寸。如果不考虑目标7的形状，它必须安装在阳极增强子6的里面，所以其表面曲率中心实际上与阳极增强子6的工作表面的曲率中心相符。阳极增强子6和目标7中的材料的位错密度应当尽可能的小，并且提供它们之间的声学接触，这是非常重要的。
可装在阳极增强子6的尾部的所述的护罩8通常由导电材料制成，最好形成一旋转的薄壁体。所述的护罩8的直径必须不小于5dmax，而且从阳极增强子6的工作端到它的距离必须不大于20dmax，dmax是阳极增强子6的最大横截面尺寸。所希望的是，所述的护罩8在阳极增强子6的工作端一侧有一平面或曲面(图5和图6)。
使用所描述装置的冲击压缩物质的方法通常包括：
a)连接上述等离子体阴极的导电杆4至无损耗的导电杆3；
b)产生一组可替换的轴对称的阳极增强子6，最好其工作端为以下变化形式之一：
以通过冲击(为嬗变或其他核转换)将物质压缩成整片的形式，
或者，以单层壳体的形式，目标7紧紧插入该单层壳体中，所述的目标通过冲击(为嬗变或其他核转化)压缩材料(如需要，可以初始封装)而成。
c)(可选的)用铜、铅、镍、钽等制成的导电护罩8装配至少一些阳极增强子6；
d)在RVD壳体1的真空腔体内放置每下一个阳极增强子6，实际上它们与等离子体阴极4、5在同一几何轴上；
e)用以下方式调整等离子体阴极的电介质端元件5的工作端与阳极增强子6之间的间隙，即阳极增强子6的工作表面的曲率中心位于通过RVD进行电源脉冲放电时产生的共同自聚焦聚焦的电子束的焦点空间内；
f)通过将端电介质盖体2装在RVD坚固的气密导电壳体1凸缘上来关闭真空腔体；
g)将RVD壳体1内的腔体抽成真空，其实施如下：
在第一次“射击”目标之前至少两次(先抽出空气，然后用洁净、干燥的氮气冲放腔体至少一次，再次抽气使得剩余的气体压力不大于0.1Pa)，而且
如果残留压力超过上述值，每下一次“射击”之前至少抽一次；
h)将RVD的外部高压电源通过输入变压器9连接至一个电力网，为LC电路10中的实验存储所需的电能；
i)经由单元11使LC电路10放电实现电流脉冲的等离子体中断，无损耗的轴对称的导电杆3，可替换的导电杆4和RVD阳极增强子6上的电介质端元件5有电子束的产生，该电子束的电子能量不小于0.2MeV，电流密度不小于106A/cm2(也最好不大于108A/cm2，不大于107A/cm2更好)，持续时间不大于100ns(最好不大于50ns)；
j)从RVD壳体1的真空腔体中移除目标物质的一部分压缩至超密状态之后获得的产物，并通过通常使用的技术研究这些产物。
本实验的目的是：
论证嬗变效果作为一种物质冲击压缩至超密状态(与图5相符的整体的阳极增强子6)的结果；并且
评价放射性的材料钝化的可能性(参照图1和图6，插入目标7的中空的阳极增强子6)。如上所述，目标7必须插入阳极增强子6，使它们的连接接触获得最大声学透明度，而且上述两个元件的工作表面的曲率中心必须实际上一致。
整体的阳极增强子6有着平均的工作端曲率半径，其范围通常在0.2至0.5mm内。它们特别由化学的纯金属制成，如铜、钽和铅。这样的阳极增强子6可以在室外保存。根据一些观察得知，依照上述目的，表面出现的氧化物保护膜(特别是铜和铅)不会妨碍，甚至会增强它们的使用功能。
插入的目标7呈球状，由可获得的Co60同位素与Co56和Co58的人工混合物制成。该Co56和Co58的人工混合物由乌兰克科学国立研究院核研究所的U-120回旋加速器上的天然镍的辐射产生。
这种目标的使用需要附加的由聚已内酰胺(卡普纶)制成的壳体(图未示)，这些壳体装在RVD真空腔体内。这些壳体包围了RVD的两个电极并显著地降低了放射性的钴沉淀在壳体1和RVD盖体2上的危险。
最初的放射能力值和那些使用的钴同位素的嬗变之后得到的放射能力值由普通的锗-锂伽马射线检测器控制。
在冲击物质使其压缩至超密状态的操作实验开始之前进行了超过上千次的调整实验，调整实验的结果帮助选择和更确切地限定(考虑到等离子体阴极的部分4、5和阳极增强子6的尺寸，还有负荷的特殊参数)RVD电极间的间隙宽度，便于提供目标的曲率中心的打击到RVD电子束的焦点空间里。
操作实验是按系列进行的，数量根据不同的系列变化，范围从50(在放射性的钴的嬗变的时候)到几百次不等。所有的实验有一个一贯的编号方式。
在使用的目标上的原始数据、放电参数和获得的结果都以有序的数字记录在日志上。
RVD电极的间隙里的电压和电流脉冲形状以及电子束的实际持续时间由电流电压示波图检查，典型的例子参见图7。这些和其他一些示波图证实了电子束的持续时间不超过100ns。
重要的是应该注意到，电子束电流(尽管在RVD等离子体阴极上有一尖的电压)相比于峰值只是稍微减小了，这证明了等离子体阴极4、5的使用效率。
在对关于电子束产生过程的控制参数的调整实验结果的统计处理之后，得出了电极间隙的近似尺寸和焦点空间体积的近似值(见表1)。
表1电极间隙和焦点空间体积对于电子束产生过程的剩余参数的依赖关系
  电子束的平均能量MeV   等离子体阴极的电介质元件尺寸mm   阳极增强子的工作端的尺寸   电极间的间隙mm   焦点空间体积mm3
  曲率半径mm   面积mm2
  直径   长度
  0.2   4.0-6.0   5.0   0.25   0.75   2.0-3.0   0.02
  0.5   16.0-24.0   8.75   0.45   2.4   7.0-10.5   0.12
  1.0   45.0-67.0   9.5   0.73   6.7   36.5-55.0   约0.5
  1.5   80.0-120.0   15.25   约1.0   约12.3   ≥59   约1.3
在操作实验中参照RVD电极间的间隙的这些限制可以保证：
第一、整体的阳极增强子6的工作表面的曲率中心打击(且在使用目标7的情况下，它们的表面的曲率中心也打击)入共同自聚焦的电子束的焦点空间，以及第二、每一次RVD电源的脉冲放电之后显示嬗变的效果。
此外，遵循表1所列的参数，阳极增强子6的工作端的表面上的电流密度有可能确定在106A/cm2至108A/cm2的范围之内。对于冲击压缩实验的大部分来说，该参数维持在106A/cm2至107A/cm2的范围之内。
所有操作实验的结果看上去相当一致，即：
嬗变产物以变化的(包括轻的、重的，甚至超重的铀后元素)化学元素的事实上稳定的同位素的宽频谱的形式从原始材料的一部分(按重量平均大约30％)出现；
如果适当的话，这些产物和整体的阳极增强子6(和插入的目标7)的未发生化学变化的剩余物从冲击压缩空间最初朝着与等离子体阴极相反的方向分散开，并以各种形式和尺寸的滴状集合体沉淀在RVD的真空腔体壁上和/或护罩8上。
所述产物被收集用于研究。
电子微探针分析仪REMMA-102，特斯拉线圈和Cameca被用作检测嬗变产物的分散的集合体和确定它们在表面上(特别是在护罩8上)的位置，目的是为了随后的元素的和同位素的成分(在某些情况下，为登记这些集合体形状的)的研究。JEOL设计的俄歇能谱仪的Jamp 10S模型，由国立基辅舍普琴科大学(乌克兰)设计的飞行时间脉冲激光质谱仪，法国CAMECA公司的IMS-4f型离子微探针分析仪和美国FINNIGAN公司的高灵敏度质谱仪VG9000都被用来研究所述产物的元素的和同位素的成分。
作为所有关于整体的阳极增强子6冲击压缩至超密状态的操作实验的结果，在它们最初的成分(实际上在每一个系列中所有的目标都只有一种化学元素)与嬗变产物的元素的和同位素的成分之间观察到了一个本质的差异。
为了确定上述观察，让我们来看看图8至13，其中竖直虚线表明了最初的化学元素的核子电荷。
应该注意的是，在目标的最初材料中并不存在但却出现在嬗变产物中的化学元素的同位素在图8、10和12中显示出来了。
细圆周线表示在核浓缩过程中的它们的浓度情况，
黑色小方块表示在地壳中的它们的浓度情况。
核电荷和这些同位素重量的百分比很容易通过X、Y轴上的数据分别确定。
图9、11和13用细三角形线和相邻的化学元素符号显示了某些化学元素的浓度(重量百分比)与天然丰度比率之间的相对偏差Y，可以由公式得出：
                  (A-B)/(A+B)＝Y
其中，A是嬗变产物中某一化学元素的某一同位素的比率
B是地壳中同一化学元素的同一同位素的比率
从图8、10和12中可以清楚地看出，在初始的铜、钽和铅的嬗变过程中出现了多种化学元素的同位素的宽频谱，其Z核电荷相对于母体元素的核电荷来说小些或大些。
然而，目标材料的核电荷越大，原子质量超过250原子量单位的(在一些经检测的情况中，达到600amu甚至更大)稳定的铀后元素(包括那些未确定的)产生的可能性就越大。
如此质量的原子的存在首先是通过离子质谱分析方法检测到的，然后由已经熟知的卢瑟福阿尔法和质子背散射方法所证实。
此外，图9、11和13清晰的显示出嬗变产物中的化学元素的大部分的浓度，据可靠的统计，这些浓度超过(3倍多，有些元素超过5至10倍甚至更多)它们在地壳中的通常的浓度(参见Y值在0.5至1.0的范围内，黑色标注的区域)，这显然证实了核浓缩过程的这些产物的人为因素。
至于元素的和同位素的成分变化，也在放射性的钴的目标的实验中得出了相似的结果。然而，在这些情况中，注意力主要集中在减少目标分布的产物的放射性，这归因于钴的放射性核嬗变成为其他化学元素的无辐射同位素，目标的那些部分都位于焦点空间内。
这种减少在不同的样品中有本质的不同，这可以通过阳极增强子中的空腔内壁和插入的目标7的材料之间在空间接触的密度上的不同来解释(参见从日志中得出的数据，见表2)
                             表2钴目标分布的产物的放射性减小
  样品编号   伽马射线放射性的减少，％   样品编号   伽马射线放射性的减少，％   样品编号   伽马射线放射性的减少，％
  2397   47.6   2479   2.2   2588   46.5
  2398   10.7   2481   22.8   2600   33.3
  2425   21.6   2534   29.5   2769   28.9
  2426   17.0   2558   22.9   2770   36.4
因此，比较它们在嬗变结果中的放射性，在第2497个样品中，放射性失去了2.2％，而第2397和第2588个样品中放射性却失去了45％还要多。
进一步的，正如已经被确定了的，在核浓缩过程产物中检测到的每一化学元素原子的砾岩中，同位素的分布与地壳中的相同的同位素的分别有着本质的不同。
这种显著差异的最明显的实例是镍的同位素在天然样本(图14)中的通常分布与其在镍原子的两个集合体中的分布的不同，该集合体是由铜目标(图15和16)的嬗变产生的。因此，在天然镍的质量中Ni58同位素的含量达到70％，而铜嬗变产物中的Ni58的比例(Cu63同位素在目标中占绝大部分)超过10％。类似地，Ni60同位素的含量大幅下降而Ni62的含量却急剧增加。
最后，通过本发明的方法将物质冲击压缩至超密状态的一个明显的迹象是，从焦点空间排出很大的主体，其形状形象地证实了使得至少电子核和，甚至核子等离子体在所述空间中短期出现所必备的条件的存在。
因此，图17中，显示了在铜护罩背景下的实际的铁半球，它包括重量占93％的铁，还有硅和铜的同位素的混合物。
显然，这个半球是一个球体的小部分，该球体是由铜阳极增强子6的物质部分形成的(申请人日志中编号为4908的样品)。它有着约为95微米的外部直径和一个直径约为35微米的实际上同心的球形腔体。半球的环形端的主要部分上的凹凸不平可以由原始球体的破裂来解释。
很容易推定，在编号为4908的样品中，电子束焦点空间的中心实际上与目标曲面的中心重合，在这种情况下，像孤子样的密度脉动将自身集中在一空间中，该空间在所揭示的产物中表示为一个球形腔体。
工业应用
通过冲击压缩物质的设备可以通过使用商业可获得的元件来制造，而且本发明方法或许可以成为高效环保技术的发展和实施的基础：
首先，稳定铀后元素的合成，这对于扩大关于自然的认识非常重要；
其次，已知化学元素的核嬗变，用于它们的稳定的同位素的实验产物并用于含有长期放射性的同位素的放射性材料(包括原子工业的废料)的中和作用；以及
再次，把自然界广泛存在的化学元素和它们的化合物作为燃料使用的ICF。

Claims (21)

1.一种使用相对真空二极管冲击压缩物质的方法，该真空二极管包括一具有导电壁的轴对称的真空腔体、一轴对称的等离子体阴极和一轴对称的阳极增强子，该方法包括：
产生一个由浓缩物质制成的轴对称形状的目标，该目标是阳极增强子的至少一部分；
将阳极增强子以一间隙对着等离子体阴极放入相对真空二极管腔体中，实际上它们位于同一几何轴上，并且，
通过相对真空二极管、以电子束自聚焦方式、在阳极增强子表面的电源的脉冲放电，
其特征在于：
轴对称等离子体阴极为一导电杆和一电介质端元件的组合形式，其发射表面面积大于所述导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积，
阳极增强子以这样一个间隙朝着等离子体阴极放置，使得阳极增强子的工作表面的曲率中心位于共同自聚焦的电子束的焦点空间内，以及
阳极增强子有一电子束作用其上，该电子束有0.2MeV-1.6MeV的电子能量，电流密度的范围为106-108A/cm2，且持续时间不大于100ns。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在相对真空二极管中使用的等离子体阴极有一个尖的导电杆，这个阴极的电介质端元件配备了一个开口，便于装在所述的导电杆上，所述杆体的安装部和尖端一起都位于开口里。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：目标是以插入RVD阳极增强子的中央部分的形状形成的，所述插入物的直径在阳极增强子的最大横截面尺寸dmax的0.05至0.2范围内选择。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：阳极增强子的那个朝着等离子体阴极的部分在装入相对真空二极管之前形成球形。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：目标以球体的形状形成，它紧紧地装在阳极增强子内使得球体的内外中心实际上重合在一起。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：阳极增强子有一电子束作用其上，电子束有着能达到1.5MeV的电子能量，电流密度低于108A/cm2，持续时间低于50ns。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：电子束的电流密度低于107A/cm2。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：相对真空二极管的真空腔体内的剩余压力维持在低于0.1Pa的水平上。
9.一种用于冲击压缩物质的装置，其基于相对真空二极管并包括：
一坚固的气密外壳，其部分由导电材料制成轴对称形状来界定一个真空腔体，和
一个轴对称的等离子体阴极以及一个轴对称的以一间隙装在真空腔体内的阳极增强子，实际上它们位于同一个几何轴上，至少阴极连接至一脉冲高电压电源，
其特征在于：
轴对称等离子体阴极为一导电杆和一电介质端元件的组合形式，其发射表面面积大于导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积，
相对真空二极管的至少一个电极配备有调整电极间的间隙的单元，以及
从所述的等离子体阴极和阳极增强子的共同的几何轴到真空腔体的导电壁的内部的距离大于50dmax，dmax是阳极增强子的最大横截面积尺寸。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：等离子体阴极的导电杆是尖的，而且这个阴极的电介质端元件配备了一个开口，便于装在所述的导电杆上，所述杆体的安装部和尖端一起都位于所述的开口里。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：阳极增强子在横截面上有一个圆形部分，并且阳极增强子完全是由可被嬗变的主要部分导电的材料产生。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于：阳极增强子是合成的，它包括至少一层固体壳体和被这层壳体紧紧包住的插入的目标，所述目标是一旋转体的形状并由一直径范围在(0.05-0.2)dmax内的任意浓缩物质制成，dmax是阳极增强子的最大横截面积尺寸。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于：导电材料的至少一护罩装在阳极增强子的尾部。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于：所述的护罩是一个直径超过5dmax的薄壁旋状体，其与所述的阳极增强子的等离子体阴极端的最近部分的距离不大于20dmax，dmax是阳极增强子的最大横截面积尺寸。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于：所述的薄壁旋状体在阳极增强子的一侧有一平面或一曲面。
16.一种用于相对真空二极管的轴对称等离子体阴极，有一导电杆，该导电杆用于连接至一脉冲高压电源，以及一电介质端元件，其特征在于：该导电杆和一电介质端元件组合在一起，该轴对称等离子体阴极的发射表面面积大于导电杆的横截面面积，且大于阳极增强子的最大横截面积。
17.如权利要求16所述的阴极，其特征在于：其中的导电杆是尖的，而且这个电介质端元件配备了一个开口，便于装在所述的导电杆上，所述杆体的安装部和尖端一起都位于所述开口里。
18.如权利要求17所述的阴极，其特征在于：电介质端元件有一个封闭的开口。
19.如权利要求17所述的阴极，其特征在于：电介质端元件有一个直通的开口。
20.如权利要求16、17或18所述的阴极，其特征在于：电介质端元件有一个展开的表面。
21.如权利要求16或17所述的阴极，其特征在于：所述电介质元件的最小横截面尺寸是Cde min＝(5-10)Ccr max，所述元件的长度是Ide＝(10-20)Ccr max，Ccr max是导电杆的最大横截面尺寸。
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