DE1160117B - Vorrichtung zur Erzeugung von bewegtem Plasma - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung von bewegtem Plasma

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DE1160117B
DE1160117B DEM53004A DEM0053004A DE1160117B DE 1160117 B DE1160117 B DE 1160117B DE M53004 A DEM53004 A DE M53004A DE M0053004 A DEM0053004 A DE M0053004A DE 1160117 B DE1160117 B DE 1160117B
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DE
Germany
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main
electrodes
plasma
electrode
main electrodes
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Pending
Application number
DEM53004A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Dr-Ing E H Erwin Marx
Dr-Ing Juergen Salge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
E H ERWIN MARX DR ING DR ING
Original Assignee
E H ERWIN MARX DR ING DR ING
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/04Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using magnetic fields substantially generated by the discharge in the plasma

Description

  • Vorrichtung zur Erzeugung von bewegtem Plasma Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines bewegten Plasmas, bei welcher Elektroden vorgesehen sind, zwischen denen elfktrische Entladungen zwecks Erzeugung des Plasmas stattfinden, und bei der Magnetfelder, insbesondere die dem Entladungsstrom anhaftenden magnetischen Eigenfelder, das Plasma beschleunigen. Es ist bekannt, daß ein Lichtbogen, der z. B. zwischen zwei parallelen Hauptelektroden brennt, unter dem Einfluß des eigenerregten Magnefeldes bewegt wird. Er wird in einer solchen Anordnung in einem Zündgebiet erzeugt. Von dort bewegt er sich unter dem Einfluß der Lorentzkraft zum Ende der Hauptelektrodenanordnung. Hier brennt der Lichtbogen, bis der Strom zu Null geworden ist.
  • Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung geschaffen werden, .die mit einfachen Mitteln schnell bewegte Lichtbögen in rascher Folge erzeugt, die zwischen Hauptelektroden, wie z. B. Schienen, wandern. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in einem Zündgebiet einer Hauptedektrodenanordnung im Raum zwischen den Hauptelektroden wenigstens eine Hilfselektrode isoliert angebracht ist und daß wenigstens eine Hilfselektrode über einen Widerstand mit einer Hauptelektrode verbunden ist.
  • Diese Vorrichtung ermöglicht es, mit geringem konstruktivem Aufwand bewegtes Plasma zu erzeugen. Im Betrieb brennt zwischen Hilfselektrode und einer Hauptelektrode ein Hilfslichtbogen, der das Zündgebiet ständig vorionisiert. Durch Versuche hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung im Zündgebiet ionisiertes Gas vorhanden ist, das unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zwischen den Hauptelektroden und eines senkrecht zu diesem Feld stehenden Magnetfeldes beschleunigt wird. Durch Veränderung von Stromstärke, Spannung, Gasdichte, Größe des Magnetfeldes, Größe der Widerstände und Abmessungen der Anordnung kann erreicht werden, daß Lichtbögen in rascher Folge die Anordnung durchwandern oder daß eine kontinuierliche Plasmaströmung durch die Anordnung hindurch erfolgt.
  • Durch Veränderung der genannten Parameter können Plasmageschwindigkeit und Plasmamenge verändert werden.
  • Die Abbildungen zeigen Beispiele für Vorrichtungen nach der Erfindung.
  • Ahb. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit parallelen Hauptelektroden, die am Ende abgewinkelt sind; Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung, die zusätzlich mit Isolierstoffwänden versehen ist; Abb. 3 zeigt die Anordnung, bei der der Hauptelektrodenabstand in Richtung vom Schienenanfang zum Schienenende hin stetig ansteigt.
  • Abb. 1 zeigt eine Anordnung mit zwei zueinander parallelen Hauptelektroden 1 und 2. Die Hauptelektroden sind in den Beispielen als Schienen ausgebildet.
  • Zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 befinden sich zwei Hilfselektroden 3 und 4. Zwischen jeweils einer Hauptelektrode (Schiene) 1 bzw. 2 und einer Hilfselektrode 3 bzw. 4 befindet sich ein Isolierstoffstück 5 bzw. 6.
  • Die Hilfselektrode 3 ist mit der Hauptelektrode 2 über den Widerstand 7 verbunden. Die Hilfselektrode 4 ist mit der Hauptelektrode 1 über den Widerderstand 8 verbunden. In den Hauptelektroden 1 und 2 sind Zündstifte 9 und 10 isoliert gegenüber den Hauptelektroden 1 und 2 angeordnet. An den Stellen 11 und 1.2 werden die Hauptelektroden an die Stromquelle angeschlossen.
  • Zur Inbetriebnahme erfolgt in diesem Beispiel eine Hilfsentladung über die Zündstifte 9 und 10. Dadurch wird zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 ein Hauptlichtbogen im Zündgebiet 13 eingeleitet, der sich unter dem Einfluß der Kräfte des eigenerregten Magnetfeldes in Richtung des Pfeiles 14 in Bewegung setzt. Der Hauptlichtbogen durchläuft bei seiner Wanderung zuerst das Gebiet der Laufkammer, in dem sich die Hilfselektroden 3 und 4 befinden. Hierdurch entstehen die Hilfslichtbögen 15 und 16, die zwischen den Hilfselektroden und den Hauptelektroden brennen. Die treibende Spannung für die Hilfslichtbögen ist die Spannung zwischen den Hauptelektroden. Die Stromstärke der Hilfslichtbögen wird durch die Widerstände 7 und 8 begrenzt. Der Hauptlichtbogen selbst wandert weiter in. Richtung des Pfeiles 14 auf das Ende 17 der Hauptelektrodenanordnung zu. Durch die Hilfslichtbögen wird dem Zündgebiet 13 laufend Energie zugeführt und die elektrische Festigkeit in diesem Gebiet herabgesetzt. Im Zündgebiet entstehen deshalb in rascher Folge neue Lichtbögen, die die Hauptelektrodenanordnung durchwandern.
  • Zum Beispiel durch Verringerung des Druckes kann man es erreichen, daß die Hauptlichtbögen in immer rascherer Folge die Anordnung durchwandern. Bei genügend geringem Druck erfolgt eine kontinuierliche Plasmaströmung durch die Anordnung.
  • Es ist zweckmäßig, die Isolierstoffstücke 5, 6 aus einem stark gasabgebenden Material herzustellen, wie z. B. aus thermoplastischem Kunststoff. Dies hat zur Folge, daß die Entstehung neuen Plasmas im Zündgebiet erheblich begünstigt wird. Insbesondere bei geringen Drücken tritt dieser Effekt hervor.
  • Durch die Einwirkung der Hilfslichtbögen 15 und 16 auf die Isolierstoffstücke 5 und 6 geben letztere Gas ab. Um eine gleichmäßige Gasabgabe durch die Isoherstaffstücke zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, den Isolierstoff an der Vergasungsstelle durch Nachschieben zu erneuern.
  • Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung nach Abb. 1 längs der Linie A -A. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Abb.1. In Abb. 2 sind zusätzlich seitliche Begrenzungswände 18 und 19 eingezeichnet. Die Hauptelektroden 1 und 2 sind durch diese seitlichen Begrenzungswände 18 und 19 abgedeckt. Die Verwendung solcher Begrenzungsr wände kann zweckmäßig sein, wenn es darauf ankommt, eine hohe Geschwindigkeit der einzelnen aufeinanderfolgend'en Lichtbögen zu erreichen. Die Begrenzungswände vermindern das seitliche Austreten von Plasma. Ein seitliches Austreten des Plasmas tritt bei solchen Anordnungen ohne Begrenzungswände besonders bei geringen Drücken auf. Es ist zweckmäßig, die Isolierstoffwände 18 und 19 aus einem gasabgebenden Material herzustellen. Durch das von den seitlichen Begrenzungswänden abgegebene Gas werden die Druck-, Dichte- und Temperaturverhältnisse in der Hauptelektrodenanordung günstig beeinflußt. Einen günstigen Einfluß haben auch Spalte 20 und 21 zwischen den Schienen und den Begrenzungswänden, wenn die Begrenzungswände aus stark gasabgebendem Material bestehen.
  • Sinnvoll ist es, die Widerstände 7 und 8 (Abb. 1) regelbar auszubilden. Durch Veränderung der Widerstände 7 und 8 kann die Stromstärke der Hilfslichtbögen 15 und 16 beeinflußt werden. Hierdurch ist es unter anderem möglich, die zeitliche Folge der die Hauptelektrodenanordnung durchwandernden Lichtbögen zu steuern.
  • Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Hauptelektroden aus einem Material geringer Leitfähigkeit, z. B. Konstantan, herzustellen. Der Spannungsabfall, der sich in diesem Falle auf den Hauptelektroden ausbildet, wenn der Lichtbogen auf das Ende 17 der Hauptelektrodenanordnung hinwandert, begünstigt die Neuzündung von Lichtbögen im Zündgebiet 13. Außerdem wird die Kommutierung des Stromes auf die jeweils neugezündeten Lichtbögen beschleunigt. Ein anderes Beispiel für eine Ausbildung von Hauptelektroden zeigt Abb. 3. Der Hauptelek#odenabstand nimmt in Richtung von ihrem Anfang zu ihrem Ende stetig zu. In dieser Anordnung werden die Lichtbögen während der Wanderung verlängert. Dadurch wird ebenfalls die Neuzündung von Lichtbögen im Zündgebiet 13 begünstigt und die Kommutierung des Stromes auf die jeweils neugezündeten Lichtbögen beschleunigt.
  • An Stelle der in den Beispielen angeführten Schienenanordnungen können auch andere Anordnungen von Hauptelektroden verwendet werden, bei denen bekannterweise eine Kraftwirkung auf Grund der Lorentzkraft auf ein Plasma erfolgt.
  • Zum Beispiel können die Hauptelektroden als koaxiale Zylinder ausgebildet sein. Ebenso können die Hauptelektroden gekrümmt ausgebildet werden.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Erzeugen eines bewegten Plasmas, bei welcher Elektroden vorgesehen sind, zwischen denen elektrische Entladungen zwecks Erzeugung des Plasmas stattfinden, und bei der Magnetfelder, insbesondere die dem Entladungsstrom anhaftenden magnetischen Eigenfelder, das Plasma beschleunigen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zündgebiet (13) einer Hauptelektrodenanordnung im Raum zwischen den Hauptelektroden (1, 2) wenigstens eine Hilfselektrode (3, 4) isoliert angebracht ist und daß wenigstens eine Hilfselektrode über einen Widerstand (7, 8) mit einer Hauptelektrode (1, 2) verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Hilfselektrode (3, 4) und einer Hauptelektrode (1, 2) ein Isolierstoffstück (5, 6) befindet.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierstoffstücke (5, 6) aus einem stark gasabgebenden Material bestehen.
  4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden durch seitliche Begrenzungswände (18, 19) abgedeckt sind.
  5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände (18, 19) aus einem isolierenden, stark gasabgebendem Material bestehen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den seitlichen Begrenzungswänden (18, 19) und den Hauptelektroden (1, 2) Spalte (20, 21) vorhanden sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (7, 8) regelbar sind. B.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden (1, 2) aus einem Material geringer elastischer Leitfähigkeit bestehen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden aus Konstantan bestehen.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodenabstände in Richtung vom Hauptelektrodenanfang zum Hauptelektrodenende zunehmen.
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