DE1189664B

DE1189664B - Elektrodenlose Anordnung zur Erzeugung und/oder Beschleunigung von Plasmoiden in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern

Info

Publication number: DE1189664B
Application number: DES88842A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Hertz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-12-21
Filing date: 1963-12-21
Publication date: 1965-03-25
Also published as: GB1077518A; NL6410911A; US3319106A; CH421317A; FR1416073A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIj

Deutschem.: 21g-21/01

S 88842 VIII c/21g

21. Dezember 1963

25. März 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrodenlose Anordnung zur Erzeugung und/oder Beschleunigung von Plasmoiden auf elektromagnetischem Wege in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern in einem Isolierrohr, bei der das im Rohr azimutal verlaufende elektrische Feld durch eine impulsmäßig oder periodisch erregte induktionsarme und außen um das Isolierrohr gelegte Spule (Induktionsspule) erzeugt wird.

Es wurde schon vorgeschlagen, in einem Isolierrohr zwischen zwei achsengleich zum Isolierrohr angeordneten Feldspulen mit entgegengesetztem Windungssinn ein Magnetfeld mit axialer und radialer Komponente, ein sogenanntes Cusp-Feld und ein das zu dem Magnetfeld senkrechtes elektrisches Feld durch eine um das Isolierrohr gelegte induktionsarme Spule (Induktionsspule) zu erzeugen. Bei impulsmäßiger oder periodischer elektrischer Erregung dieser Spule induziert deren zeitlich veränderliches Magnetfeld im Inneren des Isolierrohres ein azimutales elektrisches Feld. Dieses erzeugt das Plasma und in diesem einen Ringstrom im Magnetfeld der genannten Feldspulen. Die aus dem Ringstrom im Plasma und dem radialen Magnetfeld resultierende Lorentz-Kraft treibt das Plasma mit der Axialkomponente in Richtung der Rohrachse vom Beschleunigungszentrum weg.

Soll das beschleunigte Plasma aus einer der bisher bekannten Anordnungen herausgeschossen — extrahiert — werden, so stößt man auf Schwierigkeiten. Das Plasma wird bei der Beschleunigung über magnetische Feldlinien hinwegbewegt und schließt diese ein. Am anderen Ende der einen Feldspule, die zum Cusp-Spulenpaar gehört, wird das stromführende Plasma wieder verzögert, da dort die Radialkomponente des magnetischen Feldes entgegengesetzte Richtung wie das Cusp-Feld hat. Dieses Hindernis ließ sich bisher nur durch zusätzliche Anordnungen, wie eine zweite — umgekehrt wie die erste vom Strom durchlaufene — Induktionsspule oder Führungsspulen — weitgehend —, überwinden. Diese Anordnungen erfordern aber eine umfangreiche elektronische Steuerapparatur, unter anderem müssen die einzelnen Zusatzspulen in genau einzuhaltenden Zeitabständen der Größenordnung einer Mikrosekunde nach der ersten Induktionsspule erregt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einer einzigen Induktionsspule und einer einzigen Feldspule ein Plasmoid zu erzeugen, das weitgehend feldfrei ist. Sie besteht darin, daß die Induktionsspule in den als ringförmigen Polschuh aus-Elektrodenlose Anordnung zur Erzeugung
und/oder Beschleunigung von Plasmoiden in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern

Anmelder:

S'iemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Walter Hertz, Erlangen

gebildeten äußeren Rand eines topfkernartigen Magnetkreises eingesetzt ist, der ein geschlossenes Ende des Isolierrohres umgibt, und daß in oder auf dem bis in den Bereich des Polschuhs sich erstreckenden Mittelschenkel eine Feldspule angeordnet ist.

Die Feldspule, die den magnetischen Kreis erregt, kann sich sowohl innerhalb des Isolierrohres auf den Mittelschenkel als auch außerhalb des Isolierrohres befinden. Dabei kann die Feldspule von einem leitenden Zylinder umgeben sein und/oder in den als Hohlzylinder ausgebildeten Mittelschenkel eingesetzt sein. Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht also darin, daß als Feldspule eine supraleitende Spule verwendet werden kann. Durch den leitenden Zylinder (Abschirmzylinder), der insbesondere aus Messing bestehen kann, bzw. durch den als Hohlzylinder ausgebildeten Mittelschenkel werden nämlich rasch veränderliche Magnetfelder der Induktionsspule, die die Supraleitung zerstören würden, von der Spule ferngehalten.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das erzeugte Plasmoid frei vom Magnetfeld der Feldspule ist und daher mit unverminderter Geschwindigkeit die Anordnung verlassen kann. Ferner wird durch die Führung des magnetischen Flusses in ferromagnetischem Material in der Ebene der Induktionsspule ein Magnetfeld mit starker Radialkomponente im Isolierrohr hervorgerufen.

Im folgenden wird an Hand von zwei schematischen Figuren, die einen Schnitt durch ein Beispiel der Anordnung nach der Erfindung darstellen, die Wirkungsweise des Plasmabeschleunigers näher erläutert.

In dem in der F i g. 1 gezeichneten Beispiel der Anordnung befindet sich die Feldspule 1 im Inneren eines leitenden Abschirmzylinders 2. Der leitende

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Abschirmzylinder 2 ist koaxial zum Isolierrohr 3 angebracht. Letzteres besteht vorzugsweise aus Glas oder Quarzglas und hat beispielsweise einen Durchmesser zwischen 6 und 12 cm. Der magnetische Fluß der Feldspule tritt bei 4 in das Isolierrohr ein. Durch die Bügel 5 (die Wand des topfkernartigen Magnetkreises braucht nicht voll ausgebildet zu sein) wird der am anderen Ende der Spule austretende Fluß in die Ebene der Austrittsstelle 4 geleitet. In dieser Ebene befindet sich außen auf dem Isolierrohr eine Induktionsspule 6. Die bei 4 austretenden Feldlinien verlaufen vornehmlich in radialer Richtung durch das Isolierrohr, um bei 7 in das genannte ferromagnetische Material 5 wieder einzutreten, wodurch der magnetische Kreis geschlossen wird.

Während sich die Feldspule 1 nach F i g. 1 innerhalb des Isolierrohres 3 befindet, ist in F i g. 2 ein Beispiel der Anordnung gezeichnet, bei dem die Feldspulen 10 und 10 a oder 1 außerhalb des Isolierrohres 13 liegen.

Bei impulsmäßiger elektrischer Erregung (z. B. Größenordnung von 100 Kiloampere bei rund 0,1 bis 10 Mikrosekunden Dauer) der Induktionsspule 6 induziert deren zeitlich veränderliches Magnetfeld ein azimutales elektrisches Feld innerhalb des Isolierrohres. Befindet sich ein neutrales Gas unter geeignetem Druck (beispielsweise einige Torr) im Rohr, so wird dieses ionisiert, und es beginnt im Plasma ein Ringstrom zu fließen. Ein Schnitt durch diesen ist in F i g. 1 mit 9 bezeichnet. Der Ringstrom im Plasma ergibt zusammen mit dem Magnetfeld der Feldspule eine auf das Plasma beschleunigend wirkende Kraft (Lorentz-Kraft) mit einer Komponente in Richtung der Rohrachse; diese Komponente wird in der F i g. 1 durch den Pfeil 8 dargestellt. Durch Verwendung einer geeigneten Vorionisation (z.B. Hochfrequenzionisation) kann die Ausbildung des Ringstromes begünstigt werden. Werden ein oder mehrere Schnellschlußgaseinlaßventile in die Isolierrohrwand eingebaut, so kann die Beschleunigungseinrichtung dazu benutzt werden, die Plasmoide in ein Vakuum auszustoßen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodenlose Anordnung zur Erzeugung und/oder Beschleunigung von Plasmoiden auf elektromagnetischem Wege in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern in einem Isolierrohr, bei der das im Rohr azimutal verlaufende elektrische Feld durch eine impulsmäßig oder periodisch elektrisch erregte induktionsarme und außen um das Isolierrohr gelegte Spule (Induktionsspule) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule in den als ringförmigen Polschuh ausgebildeten äußeren Rand eines topfkernartigen Magnetkreises eingesetzt ist, der ein geschlossenes Ende des Isolierrohres umgibt, und daß in oder auf dem bis in den Bereich des Polschuhs sich erstreckten Mittelschenkel eine Feldspule angeordnet ist.

2. Elektrodenlose Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspule sich außerhalb des Isolierrohres befindet.

3. Elektrodenlose Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspule von einem leitenden Zylinder umgeben ist.

4. Elektrodenlose Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspule in den als Hohlzylinder ausgebildeten Mittelschenkel eingesetzt ist.

5. Elektrodenlose Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspule eine supraleitende Spule ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen