DE1097053B - Process for generating plasmas at very high temperatures and arrangements for carrying out the process - Google Patents
Process for generating plasmas at very high temperatures and arrangements for carrying out the processInfo
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Description
Verfahren zur Erzeugung von Plasmen sehr hoher Temperatur und Anordnungen, zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Plasmen sehr hoher Temperatur. Derartige Plasmen finden Anwendung bei der Durchführung von Versuchen, deren Ziel es ist, die Voraussetzungen für das Eintreten von Atormkernverschmelzungsvorgängen zu schaffen. Weiterhin ist die Anwendung von Plasmen. hoher Temperatur auf chemischen und technologischen Gebieten von Interesse.Process for generating plasmas of very high temperature and arrangements, for carrying out the method The present invention relates to a method for the generation of plasmas at very high temperatures. Such plasmas are used when carrying out experiments the aim of which is to meet the requirements for the To create occurrence of atomic core fusion processes. Furthermore, the application of plasmas. high temperature in chemical and technological fields of interest.
Zur Auslösung von Kernfusionsvorgängen sind Temperaturen von mehreren Millionen. Grad über Zeiten von 1 bis 1d-3 Sekunden erforderlich. Bei sehr vielen Versuchsanordnungen wird dabei als Vorstufe ein Plasma möglichst hoher Temperatur erzeugt, an welchem man durch Kompression und Aufheizungsvorgänge eine Temperaturerhöhung erstrebt. Diese Plasmen sehr hoher Temperatur finden auch viele technische Anwendungsmöglichkeiten. So lassen sich Aufdampfprozesse von schwer schmelzbaren Materialien, wie Keramik und Schwermetall, mit Hilfe dieser Plasmen sehr einfach und ohne wesentliche Verunreinigung durchführen. Schmelz- und Trennvorgänge lassen sich mit örtlich begrenzter Erwärmung durchführen, da die sehr hohen Plasmatemperaturen praktisch verzugsfrei auf dünne Werkstoffschichten übertragen werden können, ehe eine merkliche Wärmeableitung im Werkstoff wirksam wird. Auch der Ersatz von Stromleitern durch Plasmen hoher Temperatur dürfte in Zukunft eine wichtige Rolle spielen (magnetohydrodynamische Energieerzeugung). Die Erzeugung bestimmter Ionisationszustände oder allgemein die Erzeugung hoher Temperaturen bei che: mischen Prozessen, ist ein weiteres Anwendungsgebiet von Plasmen hoher Temperatur.Temperatures of several are used to trigger nuclear fusion processes Millions. Degrees over times of 1 to 1d-3 seconds required. With very many Experimental set-ups are preceded by a plasma of the highest possible temperature generated, on which one by compression and heating processes a temperature increase strives. These very high temperature plasmas also have many technical applications. This allows evaporation processes to be carried out on materials that are difficult to melt, such as ceramics and heavy metal, with the help of these plasmas very easily and without substantial contamination carry out. Melting and separating processes can be carried out with localized heating because the very high plasma temperatures are practically distortion-free on thin Layers of material can be transferred before noticeable heat dissipation in the Material becomes effective. Also the replacement of electrical conductors with high-temperature plasmas should play an important role in the future (magnetohydrodynamic energy generation). The generation of certain ionization states or, in general, the generation of higher ones Temperatures in chemical processes is another area of application for plasmas high temperature.
Es ist bisher versucht worden, derartig hohe Temperaturen mit Hilfe ruhender Lichtbögen zu erzeugen. Dabei ist die thermische Beanspruchung in der Nähe des Lichtbogenbereiches befindlicher Materialien äußerst hoch. Dies gilt sowohl für die den Lichtbogenraum begrenzenden Isolierstoffwandungen als auch für die Lichtbogenfußpunktselektroden. Insbesondere haben die an den Lichtbogenfußpunkten auftretenden Metallionen für manche Anwendungsgebiete eine ungünstige Auswirkung. Um diese unerwünschte Beeinflussung zu vermeiden, sind daher Versuche mit fußpunktslosen Lichtbögen durchgeführt worden. Doch bleibt auch hierbei die hohe thermischeBeanspruchung der Wandungen des Lichtbogenraumes bestehen. Außerdem ist bei Verwendung ruhender Lichtbögen ein großer Aufwand für die Konzentration des Lichtbogens.durch äußere Felder erforderlich, da keine Materialien existieren, die eine dauernde Berührung mit einem Lichtbogen von Temperaturen derartiger Höhe aushalten. Demgegenüber ist das- Verfahren zur Erzeugung von Plasmen hoher Temperaturen gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die hohen Temperaturen mit Hilfe von unter dem Einfluß elektromagnetischer, Kraftwirkungen mit hoher Geschwindigkeit fortbewegten Lichtbögen durch wenigstens teilweise Umwandlung der gerichteten kinetischen Energie des Lichtbögenplasmas in thermische Energie durch Abbremsuhg- der Lichtbogenbewegung hervorgerufen werden. _ Durch die Verwendung schnell fortbewegter Lichtbögen wird die thermische Beanspruchung der Wandungen des Lichtbogenraumes und -. gegebenenfalls auch der verwendeten Fußpunktselektroden gering gehalten. Während des Beschleunigungsvorganges wird dem Plasma Energie. in Form von gerichteter kinetischer Energie der Einzelteilchen zugeführt. Die hohen Temperaturen entstehen erst bei entsprechenden Abbremsvorgängen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, Plasmen sehr hoher Temperatur an einigen Stellen auch sehr kurzzeitig zu erhalten, ohne daß dabei derartige Materialbeanspruchungen auftreten, wie das bei der Erzeugung von Plasmen in .ruhenden Lichtbögen der Fall ist.Attempts have been made so far to help such high temperatures to generate static arcs. The thermal stress is close by of the materials in the arc area is extremely high. This is true of both for the insulating material walls delimiting the arc space as well as for the arc base electrodes. In particular, the metal ions occurring at the arc roots have for some areas of application have an unfavorable effect. To this undesirable influence To avoid this, tests with base-pointless arcs have therefore been carried out. However, the high thermal stress on the walls of the arc chamber remains here as well exist. In addition, when using static arcs, a great deal of effort is required the concentration of the arc. required by external fields, as no materials exist that are in constant contact with an arc of temperatures of such a kind Withstand heights. In contrast, the method for generating plasmas is higher Temperatures according to the present invention characterized in that the high Temperatures with the help of under the influence of electromagnetic, force effects arcs moving at high speed by at least partial conversion the directed kinetic energy of the arcing plasma into thermal energy caused by Abbremsuhg- the arc movement. _ By using Rapidly moving arcs increase the thermal stress on the walls of the arc room and -. possibly also the base electrodes used kept low. During the acceleration process, the plasma becomes energy. in Form of directed kinetic energy supplied to the individual particles. The high Temperatures only arise during appropriate braking processes. So there is the possibility given, plasmas of very high temperature also very briefly in some places obtained without such material stresses occurring, as in the generation of plasmas in resting arcs is the case.
Die Abbremsvorgänge lassen sich durch eine äußerliche Beeinflussung der Wanderungsgeschwindigkeit, z. B. durch überlagerte =Fremdfelder' und durch eine zweckmäßige Variation der geometrischen Abmessungen längs des Wanderungsweges erzielen. Eine- andere Möglichkeit hierfür besteht darin, dem mit stationärein Strom wandernden''LichtbogM züsät"zliclie Ströni-Stöße zu überlagern, wobei sich der zusätzliche Vorteil ergibt, daß sich bei negativem di/dt Teile @jes Plasmas vom Lichtbogen ablösen. Dabei kann gleichzeifig -die Konträktiän der Stromfäden im ricltbögen (der- sogenännte-Pinscheffekt) ausgenutzt werden dereine Temperaturerhöhung zur Folge hat.The braking processes can be controlled by an external influence the migration speed, e.g. B. by superimposed = foreign fields' and by a achieve appropriate variation of the geometric dimensions along the hiking trail. Another possibility for this is to use the inpatient current Wandering '' LichtbogM zuzät "zliclie Ströni impacts to superimpose, whereby the additional The advantage is that if the di / dt is negative, parts of each plasma are detached from the arc. At the same time, the contraction of the strands in the arch (the so-called pinsch effect) be exploited which results in a temperature increase.
Hohe Lichbogenfortbewegungsgeschwindigkeiten lassen- sich beispielsweise erzielen bei einer Wanderung des Lichtbogens zwischen parallelen Laufschienen durch den Einfluß seines magnetischen Eigenfeldes. Besonders günstige-Verhältnisse hierfür lassen sich in einer Anordnung verwirklichen, bei der der Lichtbogen, wie in Abb. 1 dargestellt, nach dem Durchläüfeh einer Strecke einem vorher -du'rchlaufe'-nen Punkt dieser Strecke wieder zugeführt wird- und diesen -geschlossenen Weg wiederholt zurücklegen kann. Diese -Anordnung besteht aus den Lichtbogenlaufschienen 1 und 2, 'zwischen denen der Lichbogen 3 zunächst in Richtung des Pfeiles 4, später nur noch in Richtung der Pfeile 5 bis 7 'wandert.High arc locomotion speeds can be achieved, for example achieve through a migration of the arc between parallel running rails the influence of its own magnetic field. Particularly favorable conditions for this can be implemented in an arrangement in which the arc, as shown in Fig. 1 shown, after running a route you have previously run Point of this route is fed back and this closed path is repeated can cover. This arrangement consists of the arc rails 1 and 2, 'between which the arc 3 initially in the direction of arrow 4, later only still migrates in the direction of arrows 5 to 7 '.
Eine andere Möglichkeit, , hohe Wanderungsgeschwindigkeiten, zu erzielen, besteht darin, wiederholt gezündete Lichtbögen die gleiche Strecke durchlaufen zu lassen. Im letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, die wiederholte Zündung des Lichtbogens durch. Hilfsentladungen einzuleiten. Die Zündung durch Hilfsentladungen läßt sich auch in der Art anwenden, daß man Lichtbögen nacheinander in. verschiedenen Systeanen zündet. Eine kontinuierliche Zuführung eines bestimmten Mediums kann in einer Anordnung nach Abb. 2 erfolgen. Das Medium kann auch ein fusionsfähiges Gas sein. Das Medium strömt dann in Richtung der Pfeile 8 in den Lichtbogenraum 9 ein, durchströmt den Lichtbogen 10 vorzugsweise in Richtung seiner Längsachse vom mittleren Bereich zu den Fußpunktselektroden 11 hin und tritt entsprechend den Pfeilrichtungen 12 durch die Abführkanäle 13 aus dem Lichtbogenraum aus. Diese Anordnung hat neben der kontinuierlichen Zuführung eines Mediums zum Lichtbogen. den Vorteil, daß durch die Strömung .schädliche Ionen aus -dem mittleren Lichtbogenbereich herausgehalten werden.Another way to achieve high migration speeds, consists of repeatedly igniting arcs to travel the same distance permit. In the latter case it is advantageous to repeatedly ignite the arc by. Initiate auxiliary discharges. The ignition by auxiliary discharges can also apply in such a way that one arcs successively in different systems ignites. A continuous supply of a certain medium can be in an arrangement according to Fig. 2. The medium can also be a fusible gas. The medium then flows in the direction of arrows 8 into the arc chamber 9, flows through the Arc 10 preferably in the direction of its longitudinal axis from the central area towards the base point electrodes 11 and passes through in accordance with the directions of the arrows 12 the discharge channels 13 from the arc chamber. This arrangement has in addition to the continuous Supply of a medium to the arc. the advantage that harmful Ions are kept out of the central arc area.
Die Laufeigenschaften bei der Lichtbogenfortbewegung können wesentlich dadurch verbessert werden, daß man den Lichtbogen zwingt, innerhalb eines Laufspaltes, der durch Isolierstoffwände gebildet wird, zu wandern. Hierbei ist es erforderlich, darauf zu achten, daß die Kriechwege zwischen den Lichtbogenlaufschienen ausreichende Länge haben. Dies läßt sich erreichen durch Anbringung von Nuten in den Isolierstoffwandungen. Dem gleichen Zweck dient auch eine derartige Ausgestaltung der Laufschienen, daß die Laufschienenfläche, auf der der Lichtbogenfußpunkt wandert, nicht in direkter Berührung mit den Isolierstoffspaltwänden steht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Abstände zwischen den Laufschienen und .den begrenzenden Isolierstoffspaltwänden zu lassen.The running properties during the movement of the arc can be significant be improved by forcing the arc within a running gap, which is formed by insulating walls to wander. Here it is necessary ensure that the creepage distances between the arc rails are sufficient Have length. This can be achieved by making grooves in the insulating material walls. The same purpose also serves such a design of the running rails that the track surface on which the arc base moves, not in direct Contact with the insulating gap walls. There is another possibility in it, distances between the rails and .den limiting insulating gap walls allow.
Die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens läßt sich durch Anbringung ferromagnetischer, vorzugsweise geblechter Bauteile in der Nähe des Lichtbogenbereiches, die eine Verstärkung des magnetischen Lichtbogeneigenfeldesbewirken, erhöhen. Ferner kann durch nichtferromagnetische Bauteile, in denen das Lichtbogeneigenfeld Wirbelströme erzeugt; die Lichtbogenfortbewegung gebremst werden.The speed of migration of the arc can be determined by attaching ferromagnetic, preferably laminated components in the vicinity of the arc area, which cause a strengthening of the magnetic arc natural field, increase. Further can be caused by non-ferromagnetic components in which the arc's own field is subject to eddy currents generated; the movement of the arc can be braked.
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEM37891A DE1097053B (en) | 1958-06-09 | 1958-06-09 | Process for generating plasmas at very high temperatures and arrangements for carrying out the process |
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Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1097053B (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE966002C (en) * | 1954-06-15 | 1957-07-04 | Schmidt Paul | Regulated thermo-nuclear reactor |
-
1958
- 1958-06-09 DE DEM37891A patent/DE1097053B/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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