DE1179651B - Plasma enthaltende Reaktionskammer, insbesondere fuer die Erzeugung von Starkstrom-Ringentladungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21g-21/21

Nummer: 1179 651

Aktenzeichen: U 6339 WI c / 21 g

Anmeldetag: 9. Juli 1959

Auslegetag: 15. Oktober 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Plasma enthaltende Reaktionskammer, insbesondere für die Erzeugung von Starkstrom-Ringentladungen, nach Patent 1 097 583,

Zur Verhinderung von Lichtbogenentladungen an der Innenfläche des Metallauskleidungssystems einer Plasma enthaltenden Reaktionskammer ist im Hauptpatent 1 097 583 vorgeschlagen, die dem Plasma zugekehrten Oberflächen des Auskleidungssystems aus mehreren gegeneinander isolierten Platten zu bilden und diese Oberflächen kleiner als die für die Ausbildung einer Lichtbogenentladung erforderliche kritische Ausdehnungsfläche zu machen. (Zur Theorie dieser Lichtbogenentladungen wird auf die Druckschrift: »Proceedings of the Physical Society«, Vol. 73, is Teil 3, März 1959, S. 508 bis 512, hingewiesen.)

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer weiteren Form der unterteilten Auskleidungsoberfläche,

Die Plasma enthaltende Reaktionskammer nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander isolierten Metallbauteile aus dünnen Metallplatten bestehen, die im wesentlichen mit der Kante zur Plasmaentladungsbahn hin orientiert sind.

Eine Reaktionskammer gemäß der Erfindung soll an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig, 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Torus mit einer Auskleidung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Auskleidung nach Fig. 1, au

Fig. 3 einen Querschnitt eines Torus mit einer Stirnansicht eines gekrümmten Teiles einer Auskleidung nach der Erfindung,

F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, 'Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3 im vergrößerten Maßstab,

Fig. 6 einen Querschnitt eines geraden Auskleidungsabschnittes, der sich an einen Isolierspalt in dem Torus anschließt,

Fig. 7 eine Stirnansicht eines gekrümmten Teiles einer anderen Auskleidungsform und

F i g. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7.

In der Fig. 1 ist eine eingeschnürte Ringentladung 1 in einem Gas dargestellt, das sich in einem Torus befindet, der eine Metallwandung 2 hat. Die Entladung wird von der Wandung durch eine Auskleidung abgeschirmt, die eine Vielzahl flacher Metallringe 3 aufweist, die voneinander durch Isolierab-Standsringe 4 getrennt sind. Die Metallringe und Abstandsringe können durch ein Klebemittel zuPlasma enthaltende Reaktionskammer,
insbesondere ftmtiie Erzeugung von
Starkstrom-Ringentladungen

Zusatz zum Patent: 1 097 583

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,
London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen (Westf,), Oranienstr. 14

Als Erfinder benannt:
Peter Clive Thonemann,
Anthony Emerson Robson,
Roger Norman Hall, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 10,JuIi 1958 (22168)

sammengehalten werden. Die Innenkante der Metallringe kann, wie bei 5 dargestellt ist, etwas abgebogen sein, um den nächsten Abstandsring vor der Plasmaentladung zu schützen. Die Stärke der Metallringe und Abstandsringe liegt in der Größenordnung von bis 2 mm.

Die Auskleidungsart, die in Fig. 1 dargestellt ist, hat eine Anzahl von Vorteilen:

1. Die wirksame bzw. effektive Fläche eines jeden Metallringes, die der Plasmaentladung ausgesetzt ist, ist gering (etwa eine Fläche, die sich von der Innenkante um ein Stück, das gleich der Stärke des Abstandsringes ist, erstreckt), und daher ist die Neigung zur Bildung von Lichtbogen herabgesetzt.

2. Diese Art der Auskleidung hat eine gute Wärme» leitfähigkeit in radialer Richtung.

3. Sie hat eine hohe elektrische Widerstandskraft in axialer Richtung, da die induzierte Spannung zwischen hintereinanderliegenden Ringen geringist.

409 707/266

4. Die Metallringe verhindern das Eindringen des axialen magnetischen Stabilisierungsfeldes in die Auskleidung. Die Wicklungen, die das axiale Feld erzeugen, sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie können direkt auf die Außenseite der Auskleidung gewickelt sein, werden aber vorzugsweise auf die Außenseite des Torus 2 gewickelt.

5. Alle in den Zwischenräumen zwischen den Metallringen entstehenden Lichtbogen werden durch das anwesende Magnetfeld nach unten gedruckt und gelöscht. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß die Lichtbogen, bevor sie verlöschen, etwa ebenso weit nach unten gehen, wie die Metallringe voneinander entfernt sind.

Durch das Umbiegen der Innenkanten (F ig. 1, Ziffer 5) der Metallringe werden die Isolierabstandsringe von der Plasmaentladung abgeschirmt, wodurch die Gefahr der chemischen Zersetzung der Isolierung durch Photonen und des Niederschiagens von aus den besagten Lichtbogen herrührendem Metalldampf vermindert wird.

Um die Ausdehnung aller der Entladung ausgesetzten Flächen der Auskleidung weiter zu vermindern, kann jeder Metallring 3 durch radiale Schlitze in eine Anzahl Segmente oder Platten 6 unterteilt werden (s. die F i g. 2). In diesem Falle ist der unter 4 erwähnte Vorteil teils wieder aufgehoben; diese nachteilige Wirkung läßt sich jedoch durch Anbringen von beispielsweise getrennten leitenden Metallringen rings um die Außenseite der Auskleidung wieder beheben.

Die Isolierabstandsringe 4 können auch die Form flacher Metallringe, beispielsweise aus Kupfer, haben, die mit den Metallringen 3 verbunden sind, wobei letztere einen Isolierüberzug aufweisen, der beispielsweise durch Emaillierung oder Eloxierung hergestellt worden ist. Diese Metallabstandsringe dienen außerdem dazu, das axiale Feld auszuschließen, wenn die Metallringe 3 in Segmente unterteilt werden.

Die Auskleidung kann gasdicht gemacht werden und als Aufnahmebehälter für das Brenngas dienen. Die Funktion des Metalltorus, der nicht gasdicht zu sein braucht, besteht lediglich darin, die Langwelleninstabilitäten der Plasmaentladung zu vermindern. Die Metallringe können mit Kühleinrichtungen, wie z. B. Rippen, die in dem Raum zwischen der Auskleidung und dem Torus ragen, versehen werden.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Auskleidung für eine Reaktionskammer, bei der der Torus in zwei Hälften an zwei diametral angeordneten Isolierverbindungen teilbar ist. Die Auskleidung besteht aus einer Vielzahl von kurzen zusammengeschraubten Teilen. In der Fig. 3 ist die Stirnseite eines solchen Abschnittes und in der Fig. 4 ein Querschnitt durch diesen Abschnitt in der Mittelebene des Torus, der einen Innendurchmesser von 35,6 cm hat, gezeigt. Der dargestellte Abschnitt ist so geformt, daß er in einen gekrümmten oder gebogenen Teil des Torus paßt, jedoch weist die vollständige Auskleidung gekrümmte und gerade Abschnitte auf, die sich der Form des Torus anpassen können. Vierzig gekrümmte Abschnitte werden bei dieser Ausführungsform verwendet, die in vier 10-Abschnitt-Quadranten durch acht gerade in Paaren angeordnete Abschnitte unterteilt sind.

Wie aus den Fig. 3 bis 5 hervorgeht, weist ein Abschnitt der Auskleidung zwei Ringe la und Ib aus rostfreiem Stahl auf, die durch vier Isolatoren 8a, 8b, 8c und 8d (teilweise weggeschnitten dargestellt) auf Abstand gehalten werden; diese Isolatoren dienen auch dazu, die Auskleidung gegen die Aluminiumwandung 2 des Torus zu isolieren. Die Ringe la, Ib sind durch Schrauben 17 und Senkmuttern 18 an den Isolatoren 8a bis 8a" befestigt. Der unterste Isolator 8a ruht auf einer rostfreien Stahlschiene 9, die an der Innenseite des Torus befestigt ist. Um die Stirnfläche

ίο des Ringes Ib herum sind sechzehn 1,42 mm dicke Kupferplatten 10g, die an dem Ring Ib über Lappen 11 befestigt sind, Aluminiumbuchsen 12 und Schrauben 13 (F i g. 5) im Abstand verteilt. Sechzehn Platten 106 sind in gleicher Weise an der Stirnseite des Ringes la befestigt, wobei die Platten 1OA um eine halbe Plattenlänge gegen die Platten 10a versetzt sind, wie aus der F i g. 4 hervorgeht. Die Platten 10a und VSb halten zwischen sich zweiunddreißig Aluminiumstäbe 14, deren Enden in Aussparungen dieser Platten liegen.

Diese Stäbe 14 sind entsprechend gekrümmt, so daß sie sich der Form der Toruswandung anpassen, und gegen Verdrehen durch Platten 1Or gestützt bzw. gesichert, die über die Innenfläche des Ringes Ib verteilt sind. Die Platten 10 c, die den Platten 10 a ähneln, sind, wie aus den Zeichnungen hervorgeht, gegenüber diesen angeordnet und mit zwei Schlitzen (die nicht dargestellt sind) versehen, die parallel zu der Ebene der Schiene 9 liegen. Die Stäbe 14 greifen durch diese Schlitze und werden so gegen Verdrehung geschützt.

Auf den Stäben 14 ist der Rest der Platten 15, die die Auskleidungsfläche bilden, aufgereiht. Diese Platten haben die gleiche Form wie die Platten 10, ohne die Lappen, und sind je mit zwei Löchern versehen, durch die die Stäbe 14 greifen. Die Platten 15 werden durch 0,5 mm starke Aluminiumscheiben 16 voneinander getrennt. Die Platten 15 bestehen im allgemeinen aus 1 mm dickem Kupfer; jedoch werden dünnere, 0,375 mm starke Kupferplatten verwendet, um jeden Plattenstapel auf die richtige Stärke zu bringen. Die Mehrzehl der Platten 15 ist der Deutlichkeit halber in der F i g. 4 weggelassen worden.

In der Fig. 4 ist dargestellt, wie aneinanderliegende Abschnitte zur Bildung der vollständigen Auskleidung zusammengeschraubt werden. Der Ring 7a des dargestellten Abschnittes ist an den Ring Ib des sich anschließenden Abschnittes mit vier Schrauben 19 angeschraubt, wobei die Ringe durch Abstandsringe 20 getrennt werden. Dieses Aufreihen oder Versetzen der Platten 10 a und IQb ermöglicht es, daß diese Platten auf nebeneinanderliegenden Ringen 7a, Ib dicht zusammengebracht werden können, ohne daß sich die Köpfe ihrer Befestigungsschrauben 13 berühren. Die nach außen zeigenden Flächen dieser Platten 10a, IQb sind zweckmäßigerweise mit glasartiger Emaille, wie es bei 21 in den F i g. 3 und 5 dargestellt ist, überzogen (der Deutlichkeit halber ist nur eine Platte in der Fig. 3 überzogen dargestellt,) so daß ihre Isolierung gegeneinander selbst dann gewahrt bleibt, wenn sie sich berühren.

In den Ringen 7a und Ib sind in radialer Anordnung Löcher 22 vorgesehen, um das Evakuieren des Inneren der Auskleidung zu erleichtern. Die (nicht dargestellte) Vakuumpumpe ist an den Ringzwischenraum zwischen Auskleidung und Torus angeschlossen.

Die Auskleidung wird in zwei Hälften montiert, indem die Abschnitte zusammengeschraubt werden, woraufhin sie in die beiden voneinander getrennten Halbtorusse bzw. Halbringkörper auf der Schiene 9

geschoben werden. Fig. 6 zeigt einen der vier geraden Abschnitte, der sich an jeder Seite der beiden Isolierspalten befindet, wenn die beiden Halbringkörper zusammengebracht werden. Diese geraden Abschnitte sind im Grunde dem an Hand der F i g. 3 bis 5 beschriebenen Abschnitt gleich, jedoch ist bei ihnen dafür gesorgt, daß sie Toleranzen in den Axialausdehnungen der Auskleidung und des Torus aufnehmen. Der Ring Ic ist an den Ring 7e des sich anschließenden geraden Abschnittes angeschraubt (weleher Abschnitt wiederum an einen anderen gekrümmten, nicht dargestellten Abschnitt angeschraubt ist). Der Ring Id ist mit vier Stiften 23 versehen, die in Löcher 24 im Ring la des gegenüberliegenden gekrümmten Abschnittes der anderen Auskleidungshälfte eingreifen, wobei diese Ringe durch Muttern 25 auf Abstand gehalten werden. Der Ring Id ist an den Isolatoren 8e und 8 /mittels Schrauben 17 und Muttern 18 befestigt (die anderen beiden Isolatoren sind in der Fig. 6 nicht dargestellt). Der Ring7c jedoch kann sich frei in axialer Richtung in bzeug auf die Isolatoren 8e, 8/ bewegen, die über Stifte 26, die in Löchern 27 gleiten, und Federringe 28 mit diesen Isolatoren verbunden sind. Ähnliche Ringe Ie können sich axial in dem anschließenden geraden Abschnitt bewegen.

Die an dem Ring Id angeschraubten Platten IQd ähneln den Platten 10 a. Die Stäbe 14 a weisen an einem Ende eine Ringnut 26' auf, in der die Platten Wd befestigt sind. Das andere Ende der Stäbe 14 a führt mit Spiel durch Löcher in den Platten 1Oe, die an dem Ring 7 c angeschraubt sind. Die ansatzlosen Platten 16a, die auf die Stäbe 14 a aufgesteckt sind, sind durch rostfreie Stahlknickscheiben 27' voneinander getrennt; zur Herstellung der Isolierung zwischen den Platten 16a sind diese auf beiden Seiten mit glasartiger Emaille überzogen. Wenn die Ringe Id und 7a zusammengebracht werden, so flachen sich die gekröpften Scheiben 27' ab und vermindern den Abstand zwischen den Ringen Ic und Id so weit, daß die beiden Halbtorusse sich berühren können. Das herausragende Ende 34 der Stäbe 14 a greift in (nicht dargestellte) Löcher in den Plattenreihen, die an dem Ring 7 e des anschließenden geraden Abschnittes befestigt sind. In gleicher Weise greifen die überstehenden Enden der Stäbe 14 a des anschließenden geraden Abschnittes mit Spiel in Bohrungen der Platten 1Oe und 15.

Da die Platten 15 etwa 5 cm lang sind, beträgt die der Entladung ausgesetzte effektive Fläche etwa 1 cm².

In der F i g. 8 ist ein Abschnitt einer anderen Ausführungsform einer Auskleidung nach der Erfindung gezeigt. Dieser Abschnitt besteht aus mehreren plattenartigen Ringen 29, wie aus der Fig. 7 hervorgeht, die mit radialen Schlitzen 30 versehen sind, welche an Außenlappen 31 miteinander verbunden sind. (In der Zeichnung sind jedoch nur drei Lappen 31 an dem Ring 29 dargestellt.) Die Ringe 29 werden auf beiden Seiten mit glasartiger Emaille versehen, wobei ein beispielsweise 3 mm breiter Streifen von der Innenperipherie her unbedeckt bleibt (wie bei 32 zwischen nur zwei Schlitzen der Deutlichkeit halber dargestellt ist); die Dicke des Emaillebelags ist etwa gleich der Hälfte des gewünschten Zwischenraums zwischen den Auskleidungsplatten. Zur Bildung eines Auskleidungsabschnittes wird eine große Anzahl von Ringen 29 mit einer zweiten glasartigen Emaille miteinander verbunden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die zuerst erwähnte Emaille hat; die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Schlitze 30 in aufeinanderfolgenden Ringen 29, wie bei 30 a dargestellt, versetzt sind. Nachdem die Ringe 29 miteinander verbunden sind, werden die Lappen 31 abgebrochen, so daß die Bogenteile der Ringe 29 zwischen den Schlitzen gegeneinander isolierte Platten bilden.

Um den Auskleidungsabschnitt zu montieren, werden zwei Ringe 29 mit je acht Montagelappen 33 versehen, die an den Ringen, ähnlich wie an den Ringen 7, die in den Fig. 3 bis 6 dargestellt sind, mit Hilfe von Schrauben und Isolierbuchsen befestigt werden.

Für die geraden Auskleidungsabschnitte werden die Ringe 29 aus Blech gleichmäßiger Stärke hergestellt, aber für die gekrümmten Abschnitte wird Blech mit konischem Querschnitt verwendet, wie aus der F i g. 8 hervorgeht.

Da die Schlitze 30 mit glasartiger Emaille gefüllt und die Abschnitte Stirnseite gegen Stirnseite verbunden werden, ist es möglich, die Auskleidung der zuletzt beschriebenen Anordnung selbst gasdicht zu machen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Plasma enthaltende Reaktionskammer, insbesondere für die Erzeugung von Starkstrom-Ringentladungen, nach Patent 1 097 583, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander isolierten Metallbauteile aus dünnen Metallplatten bestehen, die im wesentlichen mit der Kante zur Plasmaentladungsbahn hin orientiert sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 873 594, 927 590;
   österreichische Patentschrift Nr. 132 189;
   britische Patentschrift Nr. 706 036;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 737 593.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

   409 707/266 10.64 © Bundesdruckerei Berlin