DE1539680A1 - Verfahren zur Erzeugung beliebig hoher Energiekonzentrationen mit Hilfe von wenigstens zwei Plasmastrahlen - Google Patents

Description

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Dr. Expl.

Ge or. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in Wien

Verfahren zur Erzeugung beliebig hoher Energiekonzentrationen mit Hilfe von wenigstens zwei Plasmastrahlen

Es ist bekannt, daß ionisiertes Gas eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, wobei jedoch der Stromtransport anders als in den meisten Metallen, welche Elektronenleiter sind, erfolgt, so daß das Ohm'sche Gesetz in leitenden Gasen nur eine sehr beschränkte Gültigkeit besitzt· Die Zusammenhänge sind hierbei, trotz umfangreicher Literatur, noch nicht vollkommen geklärt, doch wird von der elektrischen Leitfähigkeit ionisierter Gase in der Praxis auf den verschiedensten Gebieten Gebrauch gemacht.

Gase im Plasmazustand, auch vierter Aggregatzustand der Materie gerannt, besitzen einen sehr hohen Ionisierung* grad, welcher sich im Idealfall theoretisch dem Zustand nähert, "in welchem das Gas vollständig in Elektronen und Ionen aufgespalten ist. Derartige Plasmen werden"im allgemeinen durch Einleiten verschiedener Gase in einem elektrischen Lichtbogen erzeugt. In den herkömmlichen Plasmabrennern wird den lot c^i in einem elektrischen i?eld eine so hohe Beschleunigung erteilt, daß sie infolge ihrer hohen kinetischen Energie bein Auftreffen auf Materie diese zum Schmelzen bzw. ■Verdampfon bringen.können. Hierbei kann als Gegenelektrode das V/erkijtück selber (offener Brenner) oder etwa die Düse, welche zur formgebung des Plasmastrahlos dient (geschlossener Brenner) Verwendung finden»

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Die Wechselwirkung zwischen Plasmastrahlen und Feet* körpern, beispielsweise Metallen, ist vielfältig und wurde schon auf die verschiedenste Weise ausgenützt. Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, die Wechselwirkung zweier Plasmastrahlen zn untersuchen.

Hierzu wurden zwei mittels zweier verschiedener Brenner erzeugte Plasmaetrahlen durch zwei Öffnungen,in der Wand eines metallischen Rohres geführt und im Durchstoßpunkt der Zylinderachse zur Interferenz gebracht. Diese Maßnahme erbrachte keinerlei überraschende Wirkung, so lange die beiden Stromkreise, welche zur Erzeugung der beiden Plasmastrahlen dienten, voneinander getrennt waren. Ein bisher nicht beobachteter Effekt trat jedoch auf, nachdem zwischen den verschiedenen Stromkreisen eine leitende Verbindung herge-' stellt worden war, derart, daß die beiden Plasmastrahlen

nunmehr als leitende !Teile eines geschlossenen Stromkreises ι wirkten. In diesem Fall begann durch die beiden Plasmastrahlen ein starker Strom zu fließen, wobei die Stromleistung ein Vielfaches der zur !Urzeugung der beiden Plasmastrahlen benötigten Stror.deistungen betrug. Im Schnittpunkt der beiden Plasmastrahlen bildete sich eine Zone überaus hoher Energiedichte aus, deren Form und Struktur noch nicht näher untersucht werden konnte. Auffallend war jedoch, daß die Energiedichte in der Zone der Durchdringung beider Strahlen nach Herstellung des geschlossenen Stromkreises weitaus !ιοί her war, als es durch eine bloße Summenwirkung hätte erklärt \ _: werden können, und daß sie durch Erhöhung der Stromstärke beliebig und unbegrenzt gesteigert werden konnte.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfin- ^: dung ergab sich durch die Verwendung eines Dreiphasenstroms, \ wobei drei Plasmastrahlen im Durchstoßpunkt der Achse eines ' metallischen Zylinders zur Interferenz gebracht wurden. .'Die Plasmastrahlen wurden mittels dreier offener Brenner erzeugt, welche an die drei Pole H, S und T angeschlossen waren, wobei die Wand des Metallzylindera als Sternpunkt diente» Nach Verbindung der drei Stromkreise ergab sich der gleiche Effekt, wie er bei der Interferenz zweier Plasmastrahlen

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!beobachtet wurde· Duroh die Plasmaatrahlen begannen starke Ströme asu fließen, wobei in der Burohdringungszone der drei Strah-XtA eine Zone überaus hoher Energiediohte, welche durch Erhöhung der Stromstärke beliebig gesteigert werden konnte, entstand. Die Verwendung des Dreiphasenstromes bringt die bejcftönten Vorteile der einfachen Schaltungsmögliohkeit und einer hohen Gleichmäßigkeit des Betriebes der Brennerkombination infolge der Überlagerung der drei Phasen mit sich.

Das Verfahren kann auf vielerlei Art variiert werden und ist an keinen bestimmten Brennertyρ und keineilei Form der Reaktionskammer gebunden. Auch die Zahl der interferierenden Plasmastrahlen kann beliebig erhöht werden. Die Plasmaetrahlen können sp angeordnet sein, daß sie ifl verschiedenen Ebenen liegen, oder daß mindestens zwei von ihnen in der gleichen Ebene liegen. Weiters ist die Kombination verschiedener oder mindestens zweier gleicher Brennertypen und die Verbindung von P^asmastrahlen verschiedenen Durchmessers und/oder verschiedener Energiekonzentrationen oder mindestens zweier Plasmastrahlen des gleichen Durchmessers und/oder der gleichen Energiekonze^tration innerhalb des Reaktionsraumes möglich· Das Plasmagao bzw. Gasgemisch kann bei mindestens zwei Brennern das gleiche aber auch für jeden Brenner verschieden sein. Voraussetzung für das Verfahren ist lediglich, daß mindestens Ewei Planmastrahlen in einem Reaktionsrauin miteinander in Verbindung gebracht werden und durch diesB Verbindung als Teile eines geschlossenen Stromkreises wirken.

Die Erfindung ermöglicht erstmals die HorBtellung einer räumlich und zeitlich stabilen Zone beliebig hoher Energiedichte mit immaterieller Begrenzung, üae im Reaktionsrauin entstehende Plasma ist von einer bisher nicht erreichten Energiediclite, w el ο lie durch die bloße Suinmierung; der inneren Energien der interferierenden Plasmastrahlen nicht zustandegebracht werden kann.

Lit einem nach dem'beschriebenen Erfindungsgedanken arbeitenien Gerät lassen sich sämtliche Verfahren, welche die ■.nwendung hoher und höchs^r Energie^onzentrationen erfordern,

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wie etwa die zweistufige Oberflächenhärtung von Stählen, das Schmelzen und Verdampfen von Substanzen mit hohem und höchstem Schmelzpunkt, beispielsweise von Hartmetallkarbiden, die Durchführung verschiedenster chemischer und nuklearer Reaktionen vorteilhaft verwirklichen.

3?ig.1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Anordnung der Plasmabrenner sowie ihre Schaltung. Hierbei sind 1, 2, 3··.· bis η die mit den entsprechenden Innenelektroden in Verbindung stehenden Spannungaversorgungselemente und O das mit dem elektrisch leitenden Reaktionsgefäß In Verbindung stehende Bezugs- bzw. Nullpotential.

Fig. 2 ist die detailliertere Darstellung eines Dreiphasen-Plasmagerates für die Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens« Hierbei sind 1 die Rohre für die Gaszufuhr, 2 die Innenelektrode, 3 ein elektrlach leitendes Reek tionagefaß mit Außenelektroden, 4 der Dreiphasentransformator mit Sternpunkt und 5 die Bogenentladung zur Plasmaerzeugung·

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1» Verfahren zur Erzeugung beliebig hoher Energiekonzentrationen mit Hilfe^oh wenigstons zwei Plasmastrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastrahlen im Reaktionsraum miteinander in Verbindung gebracht werden und durch diese Verbindung als Teile eines geschlossenen Stromkreises, der durch die Plasmastrahlen und die ihnen jeweils zugeordneten Spannungsversorgungselemente gebildet wird, wirkeh« .

   £» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der in Verbindung gebrachten Plasmastrahlen in einer Ebene liegen«

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, daß die in Verbindung gebrachten Plasmastrahlen in verschiedenen Ebenen liegen,

   4* Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der in Verbindung gebrachten Plasmastrahlen den gleichen Durchmesser und/oder die gleiche Energiekonzentration besitzen.

   5· Verfahren nach den_Ansprüehen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verbindung gebrachten Plasmastrahlen verschiedene Durehmesser und/oder Energiekonzentrationen besitzen.

   6» Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet^ daß das- verwendete Plasmagas bzw. -"gasgemisch bei mindestens zwei Brennern das gleiche iat.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Plasmagas bzw. -gasgemisch bei allen Brennern verschieden ist»

   8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zone mit hoher Energie-* konzentration ein Dreiphasenstrom verwendet wird,

   9. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 für die Durchführung von Reaktionen aller Art, weicht höchste Energlekonzentrationen erfordern»

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