RU2100916C1 - Plasma accelerator - Google Patents
Plasma accelerator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2100916C1 RU2100916C1 RU96121449A RU96121449A RU2100916C1 RU 2100916 C1 RU2100916 C1 RU 2100916C1 RU 96121449 A RU96121449 A RU 96121449A RU 96121449 A RU96121449 A RU 96121449A RU 2100916 C1 RU2100916 C1 RU 2100916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- plasma
- discharge
- coaxial
- accelerator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к плазменной технике, а более конкретно к устройствам для ускорения заряженных частиц, и может быть использовано, в первую очередь, для обработки высокоэнергетическими плазменными потоками металлических поверхностей с целью повышения таких их характеристик как чистота поверхности, микротвердость, износостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость, усталостная прочность и др. а также для генерации мощных импульсов фотонного и корпускулярных излучений. The invention relates to plasma technology, and more particularly to devices for accelerating charged particles, and can be used, first of all, for processing high-energy plasma flows of metal surfaces in order to increase their characteristics such as surface cleanliness, microhardness, wear resistance, corrosion resistance, heat resistance , fatigue strength, etc. and also for the generation of powerful pulses of photon and corpuscular radiation.
Известны устройства, в которых для ускорения плазмы используются импульсные сильноточные газовые разряды, например, плазменный ускоритель [1] Они состоят из двух коаксиальных электродов, подключенных к высоковольтному источнику электрической энергии и закрепленных с одного торца на изоляторе. Инициирование разряда после подачи на электроды высокого напряжения происходит вдоль поверхности этого изолятора. Образовавшаяся плазма ускоряется электродинамическими силами вдоль электродов. Known devices in which pulsed high-current gas discharges are used to accelerate a plasma, for example, a plasma accelerator [1] They consist of two coaxial electrodes connected to a high-voltage source of electrical energy and fixed from one end to the insulator. The discharge is initiated after applying high voltage to the electrodes along the surface of this insulator. The resulting plasma is accelerated by electrodynamic forces along the electrodes.
Известен также ускоритель плазмы [2] который содержит соосно установленные электроды, выполненные в виде двух полых цилиндров, и центральный электрод (проводник) размещенный вдоль оси симметрии ускорителя. Электроды разделены изоляторами и подключены к высоковольтному источнику электрической энергии. Коаксиальный ускорительный канал ускорителя плазмы содержит систему инициации газоразрядной плазмы (первая ступень) и систему электромагнитного ускорения плазмы (вторая ступень) и систему электромагнитного ускорения плазмы (вторая ступень). Also known is a plasma accelerator [2] which contains coaxially mounted electrodes made in the form of two hollow cylinders and a central electrode (conductor) placed along the axis of symmetry of the accelerator. The electrodes are separated by insulators and connected to a high voltage source of electrical energy. The coaxial accelerator channel of the plasma accelerator contains a gas-discharge plasma initiation system (first stage) and an electromagnetic plasma acceleration system (second stage) and a plasma electromagnetic acceleration system (second stage).
При подаче на электроды первой ступени высокого напряжения происходит пробой газа по поверхности изолятора и формируется токово-плазменная оболочка (ТПО). После подачи высокого напряжения на электроды второй ступени ТПО под действием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия тока, протекающего через плазменный слой с собственным магнитным полем, начинает ускоряться в сторону открытого торца канала, выталкивая и ионизируя рабочий газ. When high voltage is applied to the electrodes of the first stage, a gas breakdown occurs on the surface of the insulator and a current-plasma shell (TPO) is formed. After applying a high voltage to the electrodes of the second stage of the SST under the influence of electrodynamic forces arising from the interaction of the current flowing through the plasma layer with its own magnetic field, it begins to accelerate towards the open end of the channel, pushing and ionizing the working gas.
Напряжение на электродах во время ускорения ТПО определяется импедансом разрядной системой и растет по мере увеличения скорости ТПО, поэтому для достижения высоких скоростей плазмы и воспроизводимости результата от цикла к циклу требуется обеспечить достаточно высокую энергетическую прочность межэлектродного промежутка позади ускоряемой плазмы. The voltage at the electrodes during acceleration of the SST is determined by the impedance of the discharge system and increases as the SEC speed increases, therefore, to achieve high plasma velocities and reproducibility of the result from cycle to cycle, it is necessary to ensure a sufficiently high energy strength of the interelectrode gap behind the accelerated plasma.
Однако вследствие больших тепловых потоков на поверхность изолятора в начальной фазе разряда и инерционности тепловых процессов, после ухода ТПО из начальной части ускорительного канала в межэлектродный объем поступает значительное количество пара материала изолятора с адсорбированным рабочим газом. Ионизируясь под действием излучения ускоряемой ТПО, это среда становится электропроводящей и, таким образом, создаются условия для формирования шунтирующих токовых каналов (токов утечки), снижающих межэлектродную разность потенциалов. Кроме того, в месте соединения изолятора с внутренним электродом коаксиала, где имеется большой градиент электрического поля, инициируются вторичные пробои, нарушающие режим ускорения основной ТПО. However, due to large heat fluxes on the surface of the insulator in the initial phase of the discharge and the inertia of the thermal processes, after the SST leaves the initial part of the accelerating channel, a significant amount of vapor of the material of the insulator with adsorbed working gas enters the interelectrode volume. Ionized by the radiation of an accelerated SST, this medium becomes electrically conductive and, thus, conditions are created for the formation of shunt current channels (leakage currents), which reduce the interelectrode potential difference. In addition, at the junction of the insulator with the internal coaxial electrode, where there is a large gradient of the electric field, secondary breakdowns that violate the acceleration regime of the main SST are initiated.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанного недостатка и, таким образом, на повышение интегральной мощности разряда, выходной скорости плазмы и стабильности работы ускорителя. The present invention aims to eliminate this drawback and, thus, to increase the integrated discharge power, plasma output speed and stability of the accelerator.
С этой целью электроды ускорителя плазмы выполнены в виде двух полых соосных цилиндров, расположенных с зазором между их торцами, который служит для инициирования газового разряда, а ускорительный канал, заполняемый рабочим газом, образован электродами и коаксиально расположенным электрически нейтральным проводником, закрепленным на изоляторе. Благодаря тому, что начальный пробой газа происходит не по поверхности изолятора, электрическая прочность межэлектродного промежутка на фазе ускорения ТПО оказывается существенно выше, чем в известном ускорителе плазмы, что проявляется в снижении токов утечки и вероятности вторичных пробоев. To this end, the plasma accelerator electrodes are made in the form of two hollow coaxial cylinders located with a gap between their ends, which serves to initiate a gas discharge, and the accelerator channel filled with the working gas is formed by electrodes and a coaxially located electrically neutral conductor mounted on an insulator. Due to the fact that the initial breakdown of the gas does not occur on the surface of the insulator, the electric strength of the interelectrode gap at the TPO acceleration phase is significantly higher than in the known plasma accelerator, which is manifested in a decrease in leakage currents and the probability of secondary breakdowns.
На приведенном чертеже схематически изображен предлагаемый ускоритель плазмы. The drawing schematically shows the proposed plasma accelerator.
Цилиндрические соосные электроды 1, торцы которых расположены с некоторым зазором друг относительно друга, подсоединены к источнику высокого напряжения, включающему конденсаторную батарею 2 и управляемый разрядник 3. Внутренний проводник 4 расположен по оси системы и перекрывает по длине зазор между электродами. Обратный токопровод 5 выполнен в виде ряда штырей, расположенных симметрично относительно оси системы, к которым с помощью фланца 6 крепится второй электрод. Первый электрод, внутренний проводник и обратный токопровод крепятся на диэлектрической пластине 7, являющейся фрагментом вакуумной камеры 8. Отверстия 9 в диэлектрической пластине служат для подачи рабочего газа. Cylindrical coaxial electrodes 1, the ends of which are located with a certain gap relative to each other, are connected to a high voltage source including a capacitor bank 2 and a controllable spark gap 3. The inner conductor 4 is located along the axis of the system and overlaps the length of the gap between the electrodes. The reverse current lead 5 is made in the form of a series of pins located symmetrically relative to the axis of the system, to which a second electrode is attached using the flange 6. The first electrode, the inner conductor and the return conductor are mounted on the dielectric plate 7, which is a fragment of the vacuum chamber 8. The holes 9 in the dielectric plate serve to supply the working gas.
Объем ускорительного канала ограничен электродами 1, проводником 4 и пластиной 7. После заполнения его рабочим газом на электрод 1 с помощью разрядника 3 подается высокое напряжение, вызывающее пробой газа в межэлектродном промежутке. В результате формируется кольцевая ТПО, которая под действием электромагнитных сил сжимается к оси системы аналогично тому, как это происходит в хорошо известном зет-пинче. В дальнейшем межэлектродный промежуток становится непроводящим из-за присутствия в нем скрещенных электрического и магнитных полей, в которых остаточная плазма может дрейфовать только в направлении, перпендикулярном как электрическому, так и магнитному полям, то есть к оси системы. Ток по внутреннему проводнику 4 начинает протекать только после того, как сжимающаяся к оси ТПО достигнет его поверхности. При этом исходная ТПО расщепляется и формируются две замыкающие электрическую цепь ТПО, в которых токи направлены радиально и противоположно друг другу. Соответственно противоположно направлены и электромагнитные силы, действующие на каждую из ТПО. В результате одна ТПО ускоряется в сторону открытого торца канала, как в известном ускорителе плазмы, а другая движется в сторону закрытого пластиной 7 торца, а другая движется в сторону закрытого пластиной 7 торца, выполняя пассивную функцию проводящего элемента токовой цепи. The volume of the accelerating channel is limited by electrodes 1, conductor 4, and plate 7. After filling it with working gas, a high voltage is applied to electrode 1 by means of spark gap 3, which causes a gas breakdown in the interelectrode gap. As a result, a ring TPO is formed, which, under the action of electromagnetic forces, is compressed to the axis of the system in the same way as it happens in the well-known Z-pinch. Subsequently, the interelectrode gap becomes non-conductive due to the presence of crossed electric and magnetic fields in it, in which the residual plasma can drift only in the direction perpendicular to both the electric and magnetic fields, that is, to the axis of the system. Current along the inner conductor 4 begins to flow only after the TPO that is compressed to the axis reaches its surface. In this case, the initial SST is split and two SPS closing the electric circuit are formed, in which the currents are directed radially and opposite to each other. Accordingly, the electromagnetic forces acting on each of the SST are also oppositely directed. As a result, one SST accelerates toward the open end of the channel, as in the known plasma accelerator, and the other moves toward the end closed by the plate 7, and the other moves toward the end closed by the plate 7, performing a passive function of the conducting element of the current circuit.
Источники информации
1. Marshall I.Phys.Fluids, 1960, v. 3, N.1, p. 134.Sources of information
1. Marshall I.Phys. Fluids, 1960, v. 3, N.1, p. 134.
2. Гришин С. Д. и др. Плазменные ускорители. М. Машиностроение, 1983. с. 121, рис. 5.4 (прототип). 2. Grishin S. D. et al. Plasma accelerators. M. Engineering, 1983. p. 121, fig. 5.4 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96121449A RU2100916C1 (en) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Plasma accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96121449A RU2100916C1 (en) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Plasma accelerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96121449A RU96121449A (en) | 1997-10-27 |
RU2100916C1 true RU2100916C1 (en) | 1997-12-27 |
Family
ID=20187030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96121449A RU2100916C1 (en) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Plasma accelerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2100916C1 (en) |
-
1996
- 1996-10-25 RU RU96121449A patent/RU2100916C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. US, патент, 3585441, кл. H 05 H 1/00, 1971. 2. Гришин С.Д. и др. Плазменные ускорители. - М.: Машиностроение, 1983, с. 121, рис. 5.4. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2992345A (en) | Plasma accelerators | |
Mesyats | Pulsed power | |
US3524101A (en) | Triggering device for spark-gap | |
US3151259A (en) | Plasma accelerator system | |
Gushenets et al. | Electrostatic plasma lens focusing of an intense electron beam in an electron source with a vacuum arc plasma cathode | |
US3059149A (en) | Plasma accelerator | |
US3038099A (en) | Cusp-pinch device | |
US2939049A (en) | Apparatus for generating high temperatures | |
US2953718A (en) | Apparatus and method for generating high temperatures | |
US4406952A (en) | Opening switch for interrupting current using a plasma focus device | |
RU2100916C1 (en) | Plasma accelerator | |
RU143138U1 (en) | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE | |
US3275867A (en) | Charged particle generator | |
US3156623A (en) | Plasma switching pinch tube | |
RU2135991C1 (en) | Method of realization of electric break-down of gas dielectric in abruptly non-uniform field | |
US3270243A (en) | Apparatus for the establishment and acceleration of a narrow high current beam | |
US3610989A (en) | Production and utilization of high-density plasma | |
JPS5811065B2 (en) | Switch device using crossed magnetic fields | |
RU2119208C1 (en) | Gear forming beam of ions | |
US2902614A (en) | Accelerated plasma source | |
CA1260161A (en) | Axial flow plasma shutter | |
US5773787A (en) | Plasma-gun voltage generator | |
US3226591A (en) | Heavy duty gas tube with a magnetic trigger | |
RU2123243C1 (en) | Plasma current breaker | |
SU522674A1 (en) | Induction accelerator of electrons |