EP0503535A1 - Method and device for the production of a high pressure plasma - Google Patents
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- EP0503535A1 EP0503535A1 EP92104001A EP92104001A EP0503535A1 EP 0503535 A1 EP0503535 A1 EP 0503535A1 EP 92104001 A EP92104001 A EP 92104001A EP 92104001 A EP92104001 A EP 92104001A EP 0503535 A1 EP0503535 A1 EP 0503535A1
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- compression coil
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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- H05H1/24—Generating plasma
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Definitions
- This method is carried out here in such a way that this high-pressure plasma, which actually represents a process flowing past in a compression coil, becomes a stationary process by connecting two compression coils in a region between the two mutually directed compression coils. It is to be expected that with the high plasma density in the area of the symmetry line between the two accelerators, the plasma flow is greatly retarded and the total pressure which acts on the carbon parts located there contributes to the synthesis of materials such as C-60 or carbines.
- FIG. 1 This represents the equivalent circuit for a coaxial accelerator with compression coil, capacitor bank and switch.
- the coaxial accelerator is characterized by the inductance L1 and the resistor R1, the compression coil by the inductance L2 and the resistor R2.
- the inductance of the capacitor bank, the supply cable and the switch S is represented by L0, the resistance of which is represented by R0, the capacitor bank with the capacitance C0 is charged to the voltage U0.
- the coaxial accelerator current i1 flows, in the compression coil the current i2.
- the coaxial accelerator with compression coil is connected to the capacitor bank or the switch S at the connections A1 and A2.
- the energy of a capacitor bank C0 is first fed into the coaxial accelerator L1, the plasma then flows out of this into the compression coil L2 and is compressed there.
- a comparison of the theoretically calculated and experimental voltages in the circuit and in the compression coil is shown in Fig. 2.
- the compression coil is sketched in Fig. 3. the center electrode (1) is connected to one side of the capacitor bank (see. Connection A1 in Fig. 1) and separated by the insulator (2) from the outer electrode (3) which is connected to the other side of the capacitor bank.
- the plasma is generated by the evaporation of the film (4) and then to the compression coil (6) accelerated, which is separated by the insulating ring (5) from the outer electrode (3).
- the current is fed back via the holder (7) and the small glass particles to be accelerated are attached to the spacer plate (8) with a Mylar film.
- a photograph of the plasma flow is shown in Fig. 4.
- the operation of the compression coil is shown in Fig. 5.
- the discharge current (the arrow above the letter indicates that a vectorial representation is used here) flows through at speed moving plasma.
- the current then flowing from the center electrode to the copper coil generates the coil current j c in this and this in turn generates the magnetic field the coil.
- the end of the compression coil and the plasma flow occurring there and the magnetic field configuration should be pointed out here.
- a high-pressure plasma is generated in such a compression coil. This results from the evaporation and ionization of a solid, liquid or gaseous mass, which is introduced into the capacitor via the coaxial accelerator at the beginning of the discharge of the capacitor. This can be done either by a static introduction or by an injection, here preferably through the outer electrode to the inside.
- the resulting plasma flows from the coaxial accelerator into the compression coil at a speed of between 20 and 70 km / sec and thus creates a conductive mass so that the current can flow from the tip of the center electrode to the coil turns.
- an electric current flows through the compression coil and back through the return conductors, creating a magnetic field which, in interaction with the plasma, compresses it and accelerates it at the same time.
- a length of approx. 2 - 3 cm a high pressure plasma with a pressure of a few kbar and a temperature between 10000 and 20000 K.
- the compression duration is of the order of 10 ⁇ s.
- FIG. 6 A particularly suitable embodiment is shown in Fig. 6, in which the plasma is generated in the coaxial part via a gas injection.
- the gas is injected into the accelerators via at least two electromagnetic valves through bores in the outer electrode of the coaxial accelerator.
- the method proposed here and the device proposed here consists of at least 2 such coaxial accelerators with a compression coil, which are operated by the same energy source, preferably a capacitor bank. These are directed towards each other, as shown in Fig. 7.
- the plasma is generated in a coaxial accelerator and compressed into a high-pressure plasma in the compression coil. This plasma flows out at the end of the compression coil and then hits the plasma that comes from the opposite coil.
- the plasma flows which come from both sides at the same time, meet in the middle and, due to the high density known from experiments, exert a sufficiently high resistance to each other to build up an area with low relative speed in the middle between the accelerators.
- the plasma is held in this area for some time by the radial magnetic field gradient.
- this high-pressure plasma which leads to pressures in the kbar range given the dimensions given in the publications listed at the beginning, physical and / or chemical processes can take place.
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Abstract
Description
Gegenwärtig gibt es verschiedenartige Versuche, um in einem Heliumplasma, das unter einem hohen Druck ist, neuartige Kohlenstoffmoleküle wie z.B. C-60 zu erzeugen. Es gibt Berichte, nach denen in einer Plasmaatmosphäre bei einer Lichtbogenentladung zwischen Kohleelektroden solche Moleküle entstehen. Nach dem Stand der Technik ist für eine Erzeugung solcher Moleküle ein möglichst dichtes, heißes Plasma hohen Druckes erwünscht, wobei die Parameter, die in einer koaxialen Kompressionsspule erzeugt werden, offenbar hierfür sehr gut geeignet sind. Die Größenordnung liegt bei 10000 bis 20000 Grad Celvin und einem Druck von einigen kbar in Helium. Wird in diesen Bereich Kohlenstoff hineingebracht entweder durch Injektion oder aber auch durch Hineinschießen in den koaxialen Beschleuniger, dann soll hierbei ein Hochdruckplasma entstehen. Dieses Verfahren wird hier so durchgeführt, daß dieses Hochdruckplasma, das in einer Kompressionsspule tatsächlich einen vorbeiströmenden Vorgang darstellt, durch das Gegeneinanderschalten von zwei Kompressionsspulen in einem Bereich zwischen den beiden gegeneinander gerichteten Kompressionsspulen zu einem ortsfesten Vorgang wird. Es ist zu erwarten, daß bei der hohen Plasmadichte im Bereich der Symmetrielinie zwischen den beiden Beschleunigern die Plasmaströmung stark verzögert wird und der Gesamtdruck, der auf die dort befindlichen Kohlenstoffteile wirkt, zur Synthetisierung von Materialien, wie z.B. C-60 oder Carbinen beiträgt. Es sind 2 unterschiedliche Anordnungen denkbar, wobei die Arbeitsweise unterschiedlich ist und in einem Fall eine Stabilisierung durch einen radialen Magnetfeldgradienten erfolgt, während in dem anderen Fall die Stabilisierung entlang eines starken axialen Feldes geschieht, das, wenn das Plasma an dieses Feld stark genug gekoppelt ist, zu einer Konzentrierung des Feldes in der Nähe der Achse führen kann.Various attempts are currently being made to produce novel carbon molecules such as C-60 in a helium plasma that is under high pressure. There are reports that such molecules are formed in a plasma atmosphere when an arc is discharged between carbon electrodes. According to the prior art, a dense, hot plasma of high pressure is desired for the production of such molecules, the parameters which are generated in a coaxial compression coil apparently being very well suited for this. The order of magnitude is 10,000 to 20,000 degrees Celvin and a pressure of a few kbar in helium. If carbon is brought into this area, either by injection or by shooting into the coaxial accelerator, a high-pressure plasma is to be created. This method is carried out here in such a way that this high-pressure plasma, which actually represents a process flowing past in a compression coil, becomes a stationary process by connecting two compression coils in a region between the two mutually directed compression coils. It is to be expected that with the high plasma density in the area of the symmetry line between the two accelerators, the plasma flow is greatly retarded and the total pressure which acts on the carbon parts located there contributes to the synthesis of materials such as C-60 or carbines. Two different arrangements are conceivable, the mode of operation being different and in one case being stabilized by a radial magnetic field gradient, while in the other case the stabilization takes place along a strong axial field, which occurs when the plasma is coupled sufficiently strongly to this field , can lead to a concentration of the field near the axis.
Ein Hochdruckplasma konnte bislang in einer konvergierten Kompressionsspule erzeugt werden, wie es in den Patenten
E. Igenbergs: Self-Energized Plasma Compressor. US-Patent No.: 3,929,119 (zusammen mit E.L. Shriver and J. Fletcher), Dec. 31, 1975
E. Igenbergs: Two-Stage Light Gas Plasma Projectile Accelerator. US-Patent No.: 3,916,761 (zusammen mit D.W. Jex, E.L. Shriver und J. Fletcher), Nov. 4, 1975
dargestellt ist. Weiterhin ist dies in den Veröffentlichungen
E. Igenbergs, E. Shriver: Magnetogasdynamic Compression of a Coaxial Plasma Accelerator Flow for Micrometeoroid Simulation. Journal of Applied Physics, Vo. 44, no. 5, May 1973
E. Igenbergs: Magnetogasdynamische Kompression eines Plasmas zur Beschleunigung von Teilchen für die Simulation von Mikrometeoriden. DLR-Mitteilung, 73-15, Mai 1973
E. Igenbergs: Ein magnetogasdynamischer Beschleuniger für die Simulation von Mikrometeoriden. Raumfahrtforschung, Heft 4/1973, August 1973
E. Igenbergs: Erzeugung einer schnellen Plasmaströmung hoher Dichte. Vortrag Nr. 73-087, gemeinsame Jahrestagung der ÖGFT und der DGLR, Innsbruck, 25. - 28. September 1973 und Festschrift zum 65. Geburtstag von E. Truckenbrodt, München 1982
E. Igenbergs, E.L. Shriver, D. Jex: Recent Developments in the Field of Micrometeoroid Simulation. Vortrag beim 24. Internationalen Astronautischen Kongreß, 8. - 15. Oktober 1973, Baku und Bericht TUM-LRT-TB-13 sowie Acta Astronautica, Vol. 1, pp. 1337-1355, Pergamon Press, 1974
E. Igenbergs: Ein neuer Beschleuniger für die Simulation von Mikrometeoriden. Bundesministerium für Forschung und Technologie, Weltraumforschung, Forschungsbericht WR-FB-74-03, Mai 1974
E. Igenbergs, E. Shriver: Magnetogasdynamic Compression of a Coaxial Plasma Accelerator Flow for Micrometeoroid Simulation. NASA Technical Report TRR-435, NASA Washington, D.C., 1974
E. Igenbergs, D. Jex, E. Shriver: Neu two-stage Accelerator for Hypervelocity Impact Simulation. AIAA Journal, Vol. 13, no. 8, Aug. 1975, pp. 1024-1030
im einzelnen beschrieben.A high-pressure plasma has so far been able to be generated in a converged compression coil, as in the patents
E. Igenbergs: Self-Energized Plasma Compressor. U.S. Patent No .: 3,929,119 (together with EL Shriver and J. Fletcher), Dec. 31, 1975
E. Igenbergs: Two-Stage Light Gas Plasma Projectile Accelerator. U.S. Patent No .: 3,916,761 (together with DW Jex, EL Shriver and J. Fletcher), Nov. 4, 1975
is shown. Furthermore, this is in the publications
E. Igenbergs, E. Shriver: Magnetogasdynamic Compression of a Coaxial Plasma Accelerator Flow for Micrometeoroid Simulation. Journal of Applied Physics, Vo. 44, no. 5, May 1973
E. Igenbergs: Magnetogasdynamic compression of a plasma to accelerate particles for the simulation of micrometeorids. DLR announcement, 73-15, May 1973
E. Igenbergs: A magnetogas dynamic accelerator for the simulation of micrometeorids. Space research,
E. Igenbergs: Generation of a rapid, high-density plasma flow. Lecture No. 73-087, joint annual conference of the ÖGFT and the DGLR, Innsbruck, September 25 - 28, 1973 and commemorative publication for the 65th birthday of E. Truckenbrodt, Munich 1982
E. Igenbergs, EL Shriver, D. Jex: Recent Developments in the Field of Micrometeoroid Simulation. Lecture at the 24th International Astronautical Congress, October 8-15, 1973, Baku and report TUM-LRT-TB-13 and Acta Astronautica, Vol. 1, pp. 1337-1355, Pergamon Press, 1974
E. Igenbergs: A new accelerator for the simulation of micrometeorids. Federal Ministry for Research and Technology, Space Research, research report WR-FB-74-03, May 1974
E. Igenbergs, E. Shriver: Magnetogasdynamic Compression of a Coaxial Plasma Accelerator Flow for Micrometeoroid Simulation. NASA Technical Report TRR-435, NASA Washington, DC, 1974
E. Igenbergs, D. Jex, E. Shriver: New two-stage accelerator for Hypervelocity Impact Simulation. AIAA Journal, Vol. 13, no. 8, Aug. 1975, pp. 1024-1030
described in detail.
Die elektrische Schaltung eines solchen Gerätes ist in Abb. 1 gezeigt. Diese stellt den Ersatzschaltkreis für einen koaxialen Beschleuniger mit Kompressionsspule, Kondensatorbatterie und Einschalter dar.The electrical circuit of such a device is shown in Fig. 1. This represents the equivalent circuit for a coaxial accelerator with compression coil, capacitor bank and switch.
Der koaxiale Beschleuniger ist durch die Induktivität L₁ und den Widerstand R₁, die Kompressionsspule durch die Induktivität L₂ und den Widerstand R₂ gekennzeichnet. Die Induktivität der Kondensatorbank, der Zuführungskabel sowie des Einschalters S ist durch L₀, deren Widerstand durch R₀ dargestellt, die Kondensatorbank mit der Kapazität C₀ wird auf die Spannung U₀ aufgeladen. In dem koaxialen Beschleuniger fließt der Strom i₁ , in der Kompressionsspule der Strom i₂ . Der koaxiale Beschleuniger mit Kompressionsspule ist bei den Anschlüssen A₁ und A₂ an der Kondensatorbatterie bzw. dem Schalter S angeschlossen.The coaxial accelerator is characterized by the inductance L₁ and the resistor R₁, the compression coil by the inductance L₂ and the resistor R₂. The inductance of the capacitor bank, the supply cable and the switch S is represented by L₀, the resistance of which is represented by R₀, the capacitor bank with the capacitance C₀ is charged to the voltage U₀. In the coaxial accelerator current i₁ flows, in the compression coil the current i₂. The coaxial accelerator with compression coil is connected to the capacitor bank or the switch S at the connections A₁ and A₂.
Die Energie einer Kondensatorbatterie C₀ wird zunächst in den koaxialen Beschleuniger L₁ eingespeist, das Plasma strömt aus diesem dann in die Kompressionsspule L₂ und wird dort komprimiert. Ein Vergleich der theoretisch berechneten und der experimentellen Spannungen im Stromkreis sowie in der Kompressionsspule ist in der Abb. 2 dargestellt. Die Kompressionsspule ist in Abb. 3 skizziert. die Mittelelektrode (1) ist an die eine Seite der Kondensatorbank (vgl. Anschluß A₁ in Abb. 1) angeschlossen und durch den Isolator (2) von der Außenelektrode (3) getrennt, die an die andere Seite der Kondensatorbank angeschlossen ist. In diesem Beispiel wird das Plasma durch das Verdampfen der Folie (4) erzeugt und dann zur Kompressionsspule (6) beschleunigt, die durch den isolierenden Ring (5) von der Außenelektrode (3) getrennt ist.The energy of a capacitor bank C₀ is first fed into the coaxial accelerator L₁, the plasma then flows out of this into the compression coil L₂ and is compressed there. A comparison of the theoretically calculated and experimental voltages in the circuit and in the compression coil is shown in Fig. 2. The compression coil is sketched in Fig. 3. the center electrode (1) is connected to one side of the capacitor bank (see. Connection A₁ in Fig. 1) and separated by the insulator (2) from the outer electrode (3) which is connected to the other side of the capacitor bank. In this example, the plasma is generated by the evaporation of the film (4) and then to the compression coil (6) accelerated, which is separated by the insulating ring (5) from the outer electrode (3).
Die Stromrückführung erfolgt über den Halter (7) und die zu beschleunigenden kleinen Glasteilchen sind mit einer Mylarfolie auf der Distanzplatte (8) angebracht. Eine photographische Aufnahme der Plasmaströmung ist in Abb. 4 gezeigt. Die Arbeitsweise der Kompressionsspule ist in Abb. 5 dargestellt. Der Entladungsstrom
In einer solchen Kompressionsspule wird ein Hochdruckplasma erzeugt. Dieses entsteht durch Verdampfung und Ionisation einer festen, flüssigen oder gasförmigen Masse, die zu Beginn der Entladung des Kondensators über den koaxialen Beschleuniger in diesen eingeführt wird. Dies kann entweder durch eine statische Einbringung oder aber durch eine Injektion, hier vorzugsweise durch die Außenelektrode nach innen erfolgen. Das hierbei entstehende Plasma strömt mit einer Geschwindigkeit zwischen 20 und 70 km/sec aus dem koaxialen Beschleuniger in die Kompressionsspule und erzeugt damit eine leitfähige Masse, so daß der Strom von der Spitze der Mittelelektrode zu den Spulenwindungen fließen kann. Dann fließt ein elektrischer Strom durch die Kompressionsspule und durch die Rückleiter wieder zurück, wobei ein Magnetfeld entsteht, das in Wechselwirkung mit dem Plasma dieses komprimiert und gleichzeitig beschleunigt. Am Ende einer solchen Kompressionsspule entsteht auf einer Länge von ca. 2 - 3 cm ein Hochdruckplasma mit einem Druck von einigen kbar und einer Temperatur zwischen 10000 und 20000 K. Die Kompressionsdauer liegt in der Größenordnung von 10 µs.A high-pressure plasma is generated in such a compression coil. This results from the evaporation and ionization of a solid, liquid or gaseous mass, which is introduced into the capacitor via the coaxial accelerator at the beginning of the discharge of the capacitor. This can be done either by a static introduction or by an injection, here preferably through the outer electrode to the inside. The resulting plasma flows from the coaxial accelerator into the compression coil at a speed of between 20 and 70 km / sec and thus creates a conductive mass so that the current can flow from the tip of the center electrode to the coil turns. Then an electric current flows through the compression coil and back through the return conductors, creating a magnetic field which, in interaction with the plasma, compresses it and accelerates it at the same time. At the end of such a compression coil, a length of approx. 2 - 3 cm a high pressure plasma with a pressure of a few kbar and a temperature between 10000 and 20000 K. The compression duration is of the order of 10 µs.
Eine hierzu besonders geeignete Ausführung ist in Abb. 6 gezeigt, bei der die Plasmaerzeugung im koaxialen Teil über eine Gasinjektion erfolgt. Hierzu wird das Gas über wenigstens 2 elektromagnetische Ventile durch Bohrungen in der Außenelektrode des koaxialen Beschleunigers in die Beschleuniger injiziert.A particularly suitable embodiment is shown in Fig. 6, in which the plasma is generated in the coaxial part via a gas injection. For this purpose, the gas is injected into the accelerators via at least two electromagnetic valves through bores in the outer electrode of the coaxial accelerator.
Das hier vorgeschlagene Verfahren und die hier vorgeschlagener Einrichtung besteht aus wenigstens 2 solcher Koaxialbeschleuniger mit Kompressionsspule, die von der gleichen Energiequelle, vorzugsweise einer Kondensatorbank, betrieben werden. Diese sind gegeneinander gerichtet, wie es in Abb. 7 dargestellt ist. Das Plasma wird jeweils in einem koaxialen Beschleuniger erzeugt und in der Kompressionsspule zu einem Hochdruckplasma verdichtet. Dieses Plasma strömt am Ende der Kompressionsspule aus und trifft dann auf das Plasma, das aus der gegenüberliegenden Spule kommt. Hierbei gibt es 2 mögliche Anordnungen:The method proposed here and the device proposed here consists of at least 2 such coaxial accelerators with a compression coil, which are operated by the same energy source, preferably a capacitor bank. These are directed towards each other, as shown in Fig. 7. The plasma is generated in a coaxial accelerator and compressed into a high-pressure plasma in the compression coil. This plasma flows out at the end of the compression coil and then hits the plasma that comes from the opposite coil. There are two possible arrangements:
Wird für beide Kompressionsspulen die gleiche Windungsrichtung verwendet (also 2 identische Anordnungen, die wie in Abb. 1 gezeigt gegeneinander gerichtet sind), dann führt dies dazu, daß die Magnetfelder im Bereich zwischen den Kompressionsspulen entgegengesetzt gerichtet sind und sich an der Mittelebene, die senkrecht zu den beiden Kompressionsspulenachsen und in der Mitte zwischen den beiden Beschleunigern vorzustellen ist, spiegeln. Dort ist das axiale Magnetfeld stets gleich Null, während das Magnetfeld in radialer Richtung auf der Mittelachse beider Beschleuniger gleich Null ist, um dann nach außen hin zuzunehmen und dann wieder abzunehmen. Daraus ergibt sich ein Bereich nahe der Symmetrieachse, in dem das Magnetfeld gering ist, dieses hat nach außen hin einen positiven Gradienten. Hierdurch wird das Plasma in der Nähe der Achse gehalten.If the same winding direction is used for both compression coils (i.e. 2 identical arrangements, which are directed towards each other as shown in Fig. 1), this leads to the magnetic fields in the area between the compression coils being directed in opposite directions and at the central plane, which is perpendicular to the two compression coil axes and in the middle between the two accelerators. There, the axial magnetic field is always zero, while the magnetic field in the radial direction on the central axis of both accelerators is zero, in order to then increase towards the outside and then decrease again. This results in an area near the axis of symmetry in which the magnetic field is low, this has a positive gradient towards the outside. This keeps the plasma near the axis.
Die Plasmaströmungen, die von beiden Seiten gleichzeitig kommen, treffen in der Mitte aufeinander und üben wegen der aus Experimenten bekannten hohen Dichte einen hinreichend großen Widerstand aufeinander aus, um in der Mitte zwischen den Beschleunigern einen Bereich mit geringer Relativgeschwindigkeit aufzubauen. Das Plasma wird einige Zeit lang in diesem Bereich durch den radialen Magnetfeldgradienten gehalten. In diesem Hochdruckplasma, das bei den in den am Anfang aufgeführten Veröffentlichungen genannten Abmessungen zu Drucken im kbar-Bereich führt, können physikalische und/oder chemische Vorgänge ablaufen.The plasma flows, which come from both sides at the same time, meet in the middle and, due to the high density known from experiments, exert a sufficiently high resistance to each other to build up an area with low relative speed in the middle between the accelerators. The plasma is held in this area for some time by the radial magnetic field gradient. In this high-pressure plasma, which leads to pressures in the kbar range given the dimensions given in the publications listed at the beginning, physical and / or chemical processes can take place.
Führt man die eine Kompressionsspule mit einer Linkswicklung aus und die andere Kompressionsspule mit einer Rechtswicklung aus, dann erzeugen die beiden Beschleuniger in der Kompressionsspule ein unterschiedlich gerichtetes Magnetfeld, und wenn man diese Beschleuniger - wie in Abb. 7 gezeigt - gegeneinander richtet, ergibt sich eine Gleichrichtung der Magnetfelder. Entlang der mittleren Symmetrieebene tritt kein radiales Magnetfeld auf. Das axiale Magnetfeld hat entlang der Symmetrieachse beider Beschleuniger ein Maximum und nimmt nach außen hin ab. Ist das Plasma dicht und heiß genug, dann kann eine Kopplung des Plasmas an das Magnetfeld als "eingefrorenes Feld" auftreten, wodurch das Plasma in der Nähe der Mittelachse festgehalten wird.If you perform one compression coil with a left-hand winding and the other compression coil with a right-hand winding, then the two accelerators in the compression coil generate a differently directed magnetic field, and if these accelerators - as shown in Fig. 7 - are directed towards each other, this results in one Rectification of the magnetic fields. No radial magnetic field occurs along the middle plane of symmetry. The axial magnetic field has a maximum along the axis of symmetry of both accelerators and decreases towards the outside. If the plasma is dense and hot enough, a coupling of the plasma to the magnetic field can occur as a "frozen field", whereby the plasma is held close to the central axis.
Beide Anordnungen können auch mit Hilfe von konvergent/divergenten Kompressionsspulen ausgeführt werden. Für diesen Fall gilt sinngemäß das gleiche, wie es für die oben beschriebenen Anordnungen dargestellt wurde.Both arrangements can also be carried out using convergent / divergent compression coils. In this case, the same applies mutatis mutandis as has been shown for the arrangements described above.
Claims (15)
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Plasmabeschleuniger mit Kompressionsspule entlang einer gemeinsamen Symmetrieachse oder entlang von mehreren gemeinsamen, sich kreuzenden Symmetrieachsen so angeordnet sind, daß die aus den Plasmabeschleunigern mit Kompressionsspule strömenden Hochdruck-Plasmaströmungen aufeinander zugerichtet sind und so auf den Schnittpunkt der Symmetrielinien bzw. entlang einer Symmetrielinie aufeinander zuströmen.Device for generating a high pressure plasma,
characterized by
that at least two plasma accelerators with a compression coil are arranged along a common axis of symmetry or along a number of common, intersecting axes of symmetry such that the high-pressure plasma flows flowing from the plasma accelerators with a compression coil are directed towards one another and thus towards one another at the intersection of the lines of symmetry or along a line of symmetry stream in.
dadurch gekennzeichnet,
daß alle entweder gleich oder unterschiedlich ausgebildeten Plasmabeschleuniger mit Kompressionsspule aus der gleichen Energiequelle gespeist bzw. betrieben werden, wobei diese vorzugsweise eine Kondensatorbatterie ist und insbesondere alle elektrischen Parameter am Anschluß von jedem Plasmabeschleuniger gleich sind.Device for generating a high pressure plasma according to claim 1,
characterized by
that all either the same or differently designed plasma accelerators with compression coil are fed or operated from the same energy source, which is preferably a capacitor bank and in particular all electrical parameters at the connection of each plasma accelerator are the same.
dadurch gekennzeichnet,
daß der axiale Abstand der Plasmabeschleuniger mit Kompressionsspule voneinander veränderbar ist, wobei insbesondere der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kompressionsspulen und hier wiederum der Abstand von deren engem Ende verändert und eingestellt werden kann und bei Verwendung von mehr als zwei Plasmabeschleunigern mit Kompressionsspule der Winkel zwischen den sich im allgemeinen kreuzenden Symmetrieachsen dieser Plasmabeschleuniger zur Erzielung eines möglichst geeigneten Hochdruckplasmas frei wählbar ist.Device for generating a high pressure plasma according to claim 1 or 2,
characterized by
that the axial distance of the plasma accelerator with compression coil can be changed from one another, in particular the distance between the compression coils lying opposite one another and here in turn the distance from their narrow end can be changed and adjusted and when using more than two plasma accelerators with compression coil the angle between the generally intersecting axes of symmetry of these plasma accelerators can be freely selected to achieve the most suitable high-pressure plasma.
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Plasmabeschleuniger verwendt werden, die völlig identisch in ihrer Ausführung sind, wobei das axiale Magnetfeld auf einer Fläche, die senkrecht zur gemeinsamen Symmetrieachse steht und im gleichen Abstand von den beiden Kompressionsspulen und zwischen diesen liegt, Null sein wird, während das radiale Magnetfeld mit dem Abstand von der Symmetrieachse auf dieser Ebene zunächst zunimmt und dann wieder abnimmt und der Abstand der Plasmabeschleuniger mit Kompressionsspule sowie die Windungszahl der Kompressionsspule, der Abstand der Windungen sowie die Steigung der konvergenten Form der Kompressionsspulen vorzugsweise so gewählt wird, daß sich im Raum zwischen den beiden Plasmabeschleunigern ein optimales Hochdruckplasma bildet.Device for generating a high pressure plasma according to one or more of claims 1 to 3,
characterized by
that two plasma accelerators are used, which are completely identical in their design, the axial magnetic field on a surface which is perpendicular to the common axis of symmetry and at the same distance from and between the two compression coils, will be zero, while the radial magnetic field with the distance from the axis of symmetry on this level initially increases and then decreases again and the distance between the plasma accelerator with compression coil and the number of turns of the compression coil, the distance between the turns and the gradient of the convergent shape of the compression coils is preferably chosen so that the space between the forms an optimal high pressure plasma for both plasma accelerators.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmabeschleuniger bis auf die Kompressionsspule identisch sind und die Kompressionsspulen sich durch die Art ihrer Windungen unterscheiden, wobei jeweils eine der Kompressionsspulen rechts herum und die andere links herum gewunden ist, wobei dies in beiden Fällen in der Strömungsrichtung des beschleunigten Plasmas zu sehen ist, wodurch sich dann auf der in Anspruch 4 definierten Symmetrieebene die radialen Komponenten des von den beiden Spulen erzeugten Magnetfeldes aufheben, während sich die axialen Komponenten addieren und auf der Symmetrieachse den größten Wert haben.Device for generating a high pressure plasma according to one or more of claims 1 to 3,
characterized by
that the plasma accelerators are identical except for the compression coil and the compression coils differ in the type of their turns, one of the compression coils being wound to the right and the other to the left, both of which can be seen in the direction of flow of the accelerated plasma, whereby the radial components of the magnetic field generated by the two coils cancel each other on the plane of symmetry defined in claim 4, while the axial components add up and on the Have the greatest value.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstoffe, aus denen der koaxiale Beschleuniger und die Kompressionsspule hergestellt sind, so ausgewählt sind, daß das von diesen während der Erzeugung und Beschleunigung sowie Kompression der Plasmaströmung erodierte Material die chemische / physikalische Umwandlung der Plasmaströmung und / oder des in die Plasmaströmung eingebrachten festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffes nicht behindert.Device for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that the materials from which the coaxial accelerator and the compression coil are made are selected such that the material eroded by them during the generation and acceleration and compression of the plasma flow is responsible for the chemical / physical conversion of the plasma flow and / or of the solid introduced into the plasma flow , liquid or gaseous substance.
insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plasma in den wenigstens zwei Plasmabeschleunigern durch die Einführung einer festen oder flüssigen oder gasförmigen Masse oder einer Kombination derselben hergestellt wird, wobei dieser Stoff entweder vor dem Betriebsbeginn eingebracht oder aber zu einem geeigneten Zeitpunkt durch Injektoren injiziert und im letzteren Falle die Injektion entweder durch die Mittelelektrode des koaxialen Beschleunigers oder aber von außen durch die Außenelektrode des koaxialen Beschleunigers nach innen erfolgt.Process for generating a high pressure plasma,
in particular using a device according to one or more of claims 1 to 6,
characterized by
that the plasma is produced in the at least two plasma accelerators by the introduction of a solid or liquid or gaseous mass or a combination thereof, this substance either introduced before the start of operation or injected at an appropriate time by injectors and in the latter case the injection either by the center electrode of the coaxial accelerator or from the outside through the outer electrode of the coaxial accelerator takes place inwards.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein fester, flüssiger oder gasförmiger Stoff in die Plasmaströmung eingebracht und so zu dem Ort des Hochdruckplasmas und in dieses hineinbefördert wird, wobei dies vorzugsweise erfolgt durch
characterized by
that a solid, liquid or gaseous substance is introduced into the plasma flow and thus transported to and into the location of the high-pressure plasma, wherein this is preferably done by
dadurch gekennzeichnet,
daß der eingebrachte fest, flüssige oder gasförmige Stoff sich am Orte des zu erzeugenden Hochdruckplasmas befindet und von diesem nach erfolgter Erzeugung der Plasmaströmung und des Hochdruckplasmas umgeben wird.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that the introduced solid, liquid or gaseous substance is at the location of the high-pressure plasma to be generated and is surrounded by this after the plasma flow and the high-pressure plasma have been generated.
dadurch gekennzeichnet,
daß der in die Plasmaströmung eingebrachte und so an den Ort des Hochdruckplasmas und in dieses hineinbeförderte Stoff gleich ist dem Material, das zur Erzeugung der Plasmaströmung verwendet wird oder aber sich von diesem unterscheidet, wobei in dem Hochdruckplasma dann physikalisch-chemische Prozesse ablaufen können, die eine Veränderung dieses Stoffes bewirken.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that the introduced into the plasma flow and thus transported to the location of the high-pressure plasma and into this substance is the same as the material used to generate the plasma flow or is different therefrom, physical-chemical processes then taking place in the high-pressure plasma cause a change in this substance.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Injektion des Materials durch eine Mittelelektrode eines koaxialen Beschleunigers mit Kompressionsspule oder die Mittelelektroden der koaxialen Beschleuniger mit Kompressionsspule in die Plasmaströmung mittels eines gasdynamischen, elektromagnetischen oder eines elektrothermalen Beschleunigers oder einer Kombination dieser Beschleuniger erfolgt, wodurch eine Abstimmung der Inbetriebnahme der zur Injektion eingesetzten und der zur Plasmaerzeugung eingesetzten Beschleuniger möglich ist und beide Systeme im gleichen Frequenzbereich arbeiten sollten, um sicherzustellen, daß der Zeitbedarf für das Einschalten in beiden Fällen in der gleichen Größenordnung liegt.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that the injection of the material through a central electrode of a coaxial accelerator with compression coil or the central electrodes of the coaxial accelerator with compression coil into the plasma flow by means of a gas dynamic, electromagnetic or an electrothermal accelerator or a combination of these accelerators, thereby coordinating the commissioning of the injection and the accelerator used for plasma generation is possible and both systems should work in the same frequency range to ensure that the time required for switching on is of the same order of magnitude in both cases.
dadurch gekennzeichnet,
daß bei mehreren eingesetzten Beschleunigern zur Injektion einer festen, flüssigen oder gasförmigen Masse in die Plasmaströmung diese Beschleuniger alle aus der gleichen Energiequelle gespeist werden, wobei vorzugsweise hierfür eine Kondensatorbatterie verwendet wird, die in ihrer Leistungscharakteristik mit der zur Erzeugung der Plasmaströmung eingesetzten Kondensatorbatterie abgestimmt ist.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that if several accelerators are used to inject a solid, liquid or gaseous mass into the plasma flow, these accelerators are all fed from the same energy source, preferably using a capacitor bank for this purpose, the performance characteristics of which are coordinated with the capacitor bank used to generate the plasma flow.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Paramter des aus der Kompressionsspule strömenden Plasmas zusammen mit dem elektromagnetischen Feld der Plasmaströmung und der Kompressionsspule so ausgebildet sind, daß sich zwischen den beiden Plasmabeschleunigern mit Kompressionsspule ein Hochdruckplasma ausbildet, das vorzugsweise ortsfest ist.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that the parameters of the flowing out of the compression coil Plasmas are formed together with the electromagnetic field of the plasma flow and the compression coil in such a way that a high-pressure plasma is formed between the two plasma accelerators with the compression coil, which plasma is preferably stationary.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hochdruck-Heliumplasma erzeugt wird, in das dann Kohlenstoff eingebracht wird, und zwar entweder durch axialen Einschuß durch die Mittelelektroden oder aber auch durch statische Anbringung am hinteren Ende des koaxialen Beschleunigers vor der Inbetriebnahme des Gerätes oder aber durch Einbringung des Kohlenstoffes auf einer Folie am Ende der Kompressionsspule oder bei beiden Kompressionsspulen.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that a high-pressure helium plasma is generated, into which carbon is then introduced, either by axial insertion through the center electrodes or else by static attachment at the rear end of the coaxial accelerator before the device is started up or by introduction of the carbon on a foil at the end of the compression coil or at both compression coils.
dadurch gekennzeichnet,
daß insbesondere zur Erzeugung neuartiger Kohlenstoffmoleküle der Kohlenstoff direkt am Ort der Mittelebene zwischen den beiden Kompressionsspulen angebracht wird, wo das Hochdruckplasma stationär erwartet wird, wobei dieses Verfahren auch mit beliebigen anderen festen, flüssigen oder gasförmigen Materialien durchführbar ist und bei gasförmigen Materialien die Möglichkeit besteht, diese entweder zusammen mit dem zur Erzeugung des Plasmas benutzten Material in den koaxialen Beschleuniger zu injizieren oder aber das Material durch die Mittelelektroden in die Plasmabeschleunigung einzubringen.Method for generating a high pressure plasma according to one or more of the preceding claims,
characterized by
that in particular for the production of novel carbon molecules, the carbon is attached directly at the location of the median plane between the two compression coils, where the high-pressure plasma is expected to be stationary, this method also being able to be carried out with any other solid, liquid or gaseous material and with gaseous materials, either injecting it into the coaxial accelerator together with the material used to generate the plasma, or else introducing the material into the plasma acceleration through the center electrodes.
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Publications (1)
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US6215072B1 (en) | 1993-10-21 | 2001-04-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of preparing an oxide superconducting conductor |
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|---|
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