DE1764775B2 - Plasmakanone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung und die Ejektion eines Plasmas, d. h. eines stark ionisierten Gases, das durch Imprägnierung in einem festen Material gespeichert wird. Die betreffenden Vorrichtungen werden als Plasmakanonen bezeichnet. Sie werden heute vor allen in Vakuumröhren für physikalische Untersuchungen benutzt und brauchen nur eine sehr niedrige mittlere Plasmamenge zu liefern. Das Imprägnierungsmedium kann durch Drähte gebildet werden, die von einem diese Drähte trennenden Isolator umgeben werden, wobei nur ihre Enden frei bleiben, gemäß der GB-Patentschrift 8 21 744.

Die Kanone wird wirksam gemacht durch die Zufuhr eines hinreichenden elektrischen Potentialunterschieds zwischen diesen Elektroden; ein Bogen wird gezündet, der die Elektroden erhitzt, wodurch Gas (Deuterium oder Wasserstoff) ausgetrieben wird, das durch den Bogen ionisiert wird. Diese bekannte Kanone hat die nachfolgenden Nachteile:

Infolge der massiven Art der Titandrähte ist die Imprägnierung schwer durchführbar. Dies erfolgt in einem Ofen bei 900⁰C vor dem Anbringen der Kanone in dem Raum der Vakuumröhre. Bei dieser Montage kommen die Drähte mit der Atmosphäre in Berührung, wodurch sie mit Luft verunreinigt werden, welche Verunreinigung sich später nicht durch Entgasung verringern läßt.

Während des Gebrauches der Kanone nutzen die einander gegenüberliegenden Elektrodenspitzen ab und verlieren schnell den Gasvorrat. Außerdem liefert die lecnnik des Zusammenbaus der vorher bereiteten Einzelteile keine einzige Gewährleistung in bezug auf die Vibrationsfestigkeit, während die Einstellung kritisch und schwer reproduzierbar ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Plasmakanone anzugeben, die die erwähnten Nachteile, nämlich rasche Abnutzung der Elektroden, vorzeitigen Verlust des Gasvorrates, mangelnde Vibrationsfestigkeit sowie schwer durchführbare Imprägnierung, nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Plasmakanone gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die eine Elektrode aus einem geraden Stab besteht, der von einem rohrförmigen Isolator umgeben wird, der wiederum von der anderen Elektrode umgeben wird, die aus einem gesinterten Metall besteht in dem das Gas adsorbiert ist

Diese Plasmakanone ist weiterhin so ausgebildet daß ein Heizdraht in der erwähnten gesinterten Elektrode untergebracht ist ..._..-

An Hand der schematischen F1 g. 1 und 2 wird eine Ausführungsform dieser Plasmakanone näher erläutert

Fiel zeigt einen axialen Schnitt durch diese Kanone, die im allgemeinen die Form eines Umdrehungskörpers hat und F i g. 2 ist eine Draufsicht

Die langgestreckte Elektrode I besteht aus einem Draht aus Titan (oder Molybdän oder thoruertem Wolfram) mit einem Durchmesser von 0.5 mm. der sich längs der Umdrehungsachse der Kanone erstreckt Dieser Draht wi'd an einem Ende an einer kreisförmigen Platte 2 festgeschweißt die das Ende eines Stabs 3 aus rostfreiem Stahl oder einer Eisen-N.ckel-Kobalt-Legierung bildet. Der Drahl 1 wird von einem rohrförmigen isolierenden Mantel 4 aus Aluminiumoxyd (auch anderes keramisches Material ist brauchbar) umgeben, der am unteren Ende metallisiert und an der Platte 2 festgelötet ist. (Der Aluminiumoxydmantel kann auch durch Sinterung auf der zentralen Elektrode erhalten werden.) Am oberen Ende wird dieser Mantel konisch abgeschliffen. Dieser Mantel wird von einem Block 5 aus gesintertem Titan mit einem Durchmesser von 05 cm umgeben, in dem ein Widerstandsdraht 6 unter gebracht ist der zur elektrischen Erhitzung dient.

Der Block 5. der als Deuteriumbehälter dient wird aus Titanteilchen mit Abmessungen zwischen 40 und 100 μ durch Sinterung in Vakuum hergestellt. Das Pulver wird in einem geeigneten Tiegel eingeführt in dem der Draht 6 mit einem Isolierüberzug vorher angeord net ist. Der Tiegel wird in einen Vakuumofen eingeführt dessen Temperatur schnell auf 900⁰C gebracht wird, auf welchem Wert er eine halbe Stunde lang gehalten wird. Das Ganze wird darauf abgekühlt und der Druck wird auf den atmosphärischen Wert erhöht, in dem Argon in den Ofen eingelassen wird. Die Deuteriumimprägnierung erfolgt nach der Aufstellung und der elektrischen Verbindung des Ganzen der beschriebenen Einzelteile in dem Raum der Vakuumröhre, in der die Kanone benutzt werden soll. Ein Heizstrom wird durch den Draht 6 geschickt, während der Raum der Röhre entlüftet wird. Das Gas (Argon), das in dem Block 5 gespeichert ist, wird dann ausgetrieben. Der Block kühlt darauf, nachdem in den Raum das Deuterium mit geeignetem Druck eingeführt ist, und bei der erwünschten Imprägnierung wird der Taum der Röhre wieder entlüftet und dann zugeschmolzen, worauf die Kanone gebrauchsfertig ist Diese Imprägnierung in dem Raum selber, in dem die Kanone untergebracht werden soll, beseitigt jede Gefahr einer Verunreinigung durch die Luft. Außerdem, wenn die Kanone beim Gebrauch nahezu die Deuteriumreserve erschöpt hat, und wenn der Gasdruck in der Vakuumröhre zugenommen hat, lassen sich die Entgasung und die Deuteriumimprägnierung leicht wiederholen.

Der Heizstrom wird dem Draht 6 von einem Generator H zugeführt. Ein Schalter 12 ermöglicht, entweder den Heizstrom oder die Wirkung der Kanone einzuschalten. Im letzteren Falle wird die zum Erzeugen und zum Heraustreiben des Bogens (nach oben in F i g. 1) erforderliche elektrische Energie durch die Entladung* eines Kondensators 13 über ein Thyratron 14 geliefert, die durch einen Impulsgenerator angeregt wird. Die Entladung erfolgt zwischen der zentralen

Elektrode und der koaxilanen Elektrode 5, wobei der Schalter 12 mit der Elektrode 5 über den Draht 6 verbunden ist, von dem ein Teil des Isolators während der Sinterung entfernt ist, um den elektrischen Kontakt herzustellen. Der Kondensator 13 wird in üblicher Weise von einem Gleichstromgenerator 16 über einen Widerstand 17 aufgeladen. Der Abstand zwischen den durch den Draht 1 und den Block S gebildeten Elektro den, & h. die Dicke des Aluminiumoxydmantels 4 an der Oberfläche, ist einfach einsteilbar durch Abschleifung der oberen flachen Fläche der Kanone infolge der konischen Gestalt des oberen Endes dieses Mantels.

Wenn der halbe Winkel an der Kegelspitze z. B. 45° ist, ergibt eine Abschleifung von 0,02 mm der oberen Fläche eine gleichmäßige Zunahme der scheinbaren Dicke des Mantels 4. In der Praxis ist diese Dicke etwa 0,1 mm. Außer der leicht durchführbaren Einstellung des Abstandes zwischen den Elektroden ergibt diese Technik einer sehr gedrängten Ausführung die Möglichkeit, die Kanone einem Hochvibrationsprozeß auszusetzen, ohne daß bei diesem Abstand zwischen den Elektroden die Erzeugung der Entladungen beeinträchtigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Plasmakanone, die zwei durch einen Isolator getrennte Elektroden enthält, die nicht aus dem Isola tor herausragen und zwischen deren Enden ein Entladungsbogen in dem aus mindestens einer der Elektroden ausgetriebenen Gas erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode aus einem geraden Stab besteht, der von einem rohrförmigen Isolator umgeben wird, der wiederum von der anderen Elektrode umgeben wird, die aus einem gesinterten Metall besteht, in dem das Gas adsorbiert ist

2. Plasmakanone nach Anspruch 1. dadurch ge- is kennzeichnet, daß die gesinterte Elektrode einen Heizdraht enthält

3. Plasmakanone nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator am entladungsseitigen Ende abgeschrägt ist.