JP2014523611A - 自己閉じ込め型高密度空気プラズマを発生させるためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図7
Description
トロイダル空気プラズマ(TAP)を発生させるための空気プラズマ発生装置100の実施形態が、図1〜3に示されている。空気プラズマ発生装置100は、1次高電圧回路104および2次回路106と電気連通するTAP発生器102を含んでいる。
TAP放電130は、それが主たる第1細長空洞118から膨張する際、爆発ワイヤ108の着火直後、非常に均質なプロファイルを有する。本発明の一実施形態において、TAP放電130は、着火の約1.5ms後にトロイダル構造400を採り始める。TAP放電200のトロイダル構造400は、それぞれ、図5Aおよび5Bにおいて、着火の約6msおよび約7ms後の状態が示されている。図6Aおよび6Bもまた、第2着火領域122内のTAP放電130の2次着火600を示す。TAP放電130がTAP発生器102を出る時、放電は、トロイド構造400の短半径に自己磁場ならびに回転プラズマ領域を生成する、循環電流または磁場反転を有する。自己磁場は、空気プラズマの分子を大気ガス分子と再結合させ得る相互作用を低減することによって、効果的に自己維持型TAP放電を発生するように、TAP放電130を閉じ込め、TAP放電の寿命を有意に増加させる。
あくまでも例示であって限定するものではないが、放電130といったTAP放電を発生させるための例示的な方法が提供される。空気プラズマ発生装置100の1次高電圧回路104は、TAP発生器102内の2つの40AWG銀めっき銅ワイヤストランド108を通じて、約200μsパルスの持続時間に4kAパルスを送達するように、約30kVまでエネルギー供給される11μFコンデンサ・バンクを含んでいた。ワイヤ108に接続されるアノード110は、銅スクリーンであった一方、カソード112は、ステンレス鋼スクリーンであった。第1遮蔽材116は、約10cmの厚さを有するポリカーボネート材であり、細長空洞118は約1.25cmの直径を有していた。
Claims (30)
- 大気圧で自己含有型空気プラズマを発生させるための方法であって、
第1着火領域にて前記空気プラズマを発生させること、
前記空気プラズマの半径方向の膨張を制限すること、および
第2着火領域にて前記空気プラズマに高電圧パルスを印加すること
を含んで成り、
前記高電圧パルスの前記印加においては、該高電圧パルスによって前記空気プラズマが膨張して、前記第2着火領域から出るように加速し、自己含有状態となる、方法。 - 前記空気プラズマはプラズマ源から発生され、該プラズマ源が、爆発ワイヤ、爆薬、膨化ガスプラズマ、中空カソード・プラズマ、レーザ、レールガン、超高速度プラズマ源およびマイクロ波駆動プラズマ源から成る群のうちの少なくとも1つの要素である、請求項1に記載の方法。
- 前記空気プラズマの半径方向の膨張を制限することには、
前記第1着火領域および前記第2着火領域の長手方向軸に平行な方向における前記空気プラズマの膨張に重点を置く遮蔽材料を前記空気プラズマ源の周囲に供すこと
が更に含まれる、請求項1に記載の方法。 - 前記空気プラズマに前記高電圧パルスを印加することには、
空気間隙によって分離されるカソードおよび電極に前記高電圧パルスを印加すること
が更に含まれ、
前記空気プラズマが前記カソードと前記電極との間の回路を完成する、請求項1に記載の方法。 - 前記空気プラズマは、前記カソードおよび前記電極から離れるように加速し、自己閉じ込め構造を形成する、請求項4に記載の方法。
- 前記自己閉じ込め構造がトロイダル構造または球状構造である、請求項5に記載の方法。
- 前記自己含有型空気プラズマは、少なくとも1010/cm3の電子密度を有する、請求項1に記載の方法。
- 大気圧で自己含有型空気プラズマを発生させるための装置であって、
プラズマ源を含有するために第1長手方向空洞を画定する第1遮蔽材を備えて成る第1着火領域、
前記プラズマ源から空気プラズマを発生させるために前記第1着火領域と連通する着火デバイス、
前記第1着火領域と隣接している第2着火領域、および
少なくとも1つのコンデンサを備えて成る高電圧回路
を有して成り、
前記第2着火領域は、第2長手方向空洞を画定する第2遮蔽材を備えて成り、該第2長手方向空洞が前記空気プラズマを受容するために前記第1長手方向空洞と流体連通しており、また
前記高電圧回路は、前記空気プラズマに高電圧パルスを印加するために電圧源とつながっており、該高電圧パルスは、前記大気圧で前記自己含有型空気プラズマを形成するために前記空気プラズマを加熱して前記装置から離れるように加速させる、装置。 - 前記プラズマ源は、爆発ワイヤ、レーザ、爆薬、膨化ガスプラズマ、中空カソード・プラズマ、レールガン、超高速度プラズマ源およびマイクロ波駆動プラズマ源から成る群のうちの少なくとも1つの要素である、請求項8に記載の装置。
- 前記第2長手方向空洞は円筒状であり、前記自己含有型空気プラズマが自己閉じ込め構造を形成する、請求項8に記載の装置。
- 前記自己閉じ込め構造がトロイダル構造または球状構造である、請求項10に記載の装置。
- 前記自己含有型空気プラズマは、少なくとも1010/cm3以上の電子密度を有する、請求項8に記載の装置。
- 大気圧で自己含有型トロイダル空気プラズマを発生させるための方法であって、
ワイヤを爆発させ、第1着火領域のアノードとカソードとの間にて前記空気プラズマを発生させるために、該ワイヤに第1高電圧パルスを印加すること、
前記空気プラズマが前記ワイヤの長手方向軸に対して平行となって第2着火領域の前記カソードと加速器電極との間まで移動するように、前記空気プラズマの半径方向の膨張を制限すること、
前記空気プラズマを加熱するために前記カソードおよび前記加速器電極に第2高電圧パルスを印加すること、および
大気圧で前記第2着火領域から前記自己含有型トロイダル空気プラズマを放電すること
を含んで成り、
前記第2高電圧パルスの前記印加では、前記加熱された空気プラズマが、膨張し、トロイダル構造を形成する、方法。 - 前記アノードと前記カソードとの間に剛性電気絶縁材を供することを更に含み、該剛性電気絶縁材は前記ワイヤの周囲にて細長空洞を画定し、該細長空洞が前記空気プラズマの前記半径方向の膨張を制限する、請求項13に記載の方法。
- 前記細長空洞が略円筒状構成を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記細長空洞が略螺旋状構成を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記カソードと前記加速器電極との間に第2剛性電気絶縁材を供することを更に含み、該第2剛性電気絶縁材は前記空気プラズマを受容するために第2細長空洞を画定する、請求項14に記載の方法。
- 前記第2細長空洞は、前記第1細長空洞よりも大きい直径を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記第2細長空洞は、前記第1細長空洞よりも小さい直径を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記第2細長空洞は略円筒状構成を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記第2細長空洞は略螺旋状構成を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記ワイヤは00ゲージ〜80ゲージの範囲のゲージを有する、請求項13に記載の方法。
- 前記第1高電圧パルスは、10kV〜50kVであって、10μs〜200msの持続時間を有する、請求項13に記載の方法。
- 前記第2高電圧パルスは、100V〜300Vであって、1ms〜200msの持続時間を有する、請求項13に記載の方法。
- 前記自己含有型トロイダル空気プラズマが、少なくとも1010/cm3の電子密度を有する、請求項13に記載の方法。
- 大気圧で自己含有型空気プラズマを発生させるための装置であって、
アノードと半透過性カソードとの間に位置付けられる第1遮蔽材によって画定される第1着火領域、
少なくとも1つの電圧源および少なくとも1つのコンデンサを有する1次高電圧回路、
前記カソードと半透過性電極との間に位置付けられる第2遮蔽材によって画定される第2着火領域、ならびに
少なくとも1つの他のコンデンサを有し、前記電圧源と連通する2次高電圧回路
を有して成り、
前記第1遮蔽材は、前記アノードと前記カソードとの間に延在し、それらと連通する伝導性ワイヤを含有するために、第1長手方向空洞を有し、
前記1次高電圧回路は、前記ワイヤを爆発させ、空気プラズマを発生させるべく前記アノードおよびカソードに第1高電圧パルスを印加するために、前記アノードおよび前記カソードと連通しており、前記第1長手方向空洞は前記空気プラズマの半径方向の膨張を制限し、
前記第2遮蔽材は、前記カソードと前記電極との間に延在する第2長手方向空洞を有し、該第2長手方向空洞が、前記空気プラズマを受容するために、前記第1長手方向空洞と流体連通し、また
前記2次高電圧回路は、前記カソードと前記電極との間の前記間隙に第2高電圧パルスを印加するために、前記カソードおよび前記電極と更に連通し、大気圧で前記自己含有型空気プラズマを形成するために、前記空気プラズマが前記第2着火領域および前記電極を横断する際、該第2高電圧パルスは該空気プラズマを加熱し、加速させる、装置。 - 前記自己含有型空気プラズマが前記電極を横断する際にトロイダル構造を形成するように前記第2長手方向空洞が略円筒状となっており前記第1長手方向空洞よりも大きい直径を有する、請求項26に記載の装置。
- 前記自己含有型空気プラズマは、少なくとも1010/cm3以上の電子密度を有する、請求項26に記載の装置。
- 大気圧で自己含有型空気プラズマを発生させるための方法であって、
第1着火領域にて前記空気プラズマを発生させること、
前記第1着火領域から前記空気プラズマの膨張の速度を方向付けること、および
第2着火領域にて前記空気プラズマにエネルギーを付与すること
を含んで成り、
前記付与されたエネルギーによって、前記空気プラズマが膨張して、前記第2着火領域から出るように加速し、自己含有状態となる、方法。 - 大気圧で自己含有型空気プラズマを発生させるための方法であって、
第1着火領域にて前記空気プラズマを発生させること、
前記空気プラズマの半径方向の膨張を制限すること、
第2着火領域にて前記空気プラズマにエネルギーを付与すること、
を含んで成り、
前記付与されたエネルギーによって、前記空気プラズマが膨張して、前記第2着火領域から出るように加速し、自己含有状態となる、方法。
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