RU2546196C2 - Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation - Google Patents

Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2546196C2
RU2546196C2 RU2013140788/07A RU2013140788A RU2546196C2 RU 2546196 C2 RU2546196 C2 RU 2546196C2 RU 2013140788/07 A RU2013140788/07 A RU 2013140788/07A RU 2013140788 A RU2013140788 A RU 2013140788A RU 2546196 C2 RU2546196 C2 RU 2546196C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
wall
electrons
energy
transportation
Prior art date
Application number
RU2013140788/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013140788A (en
Inventor
Мурадин Абубекирович Кумахов
Original Assignee
Мурадин Абубекирович Кумахов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мурадин Абубекирович Кумахов filed Critical Мурадин Абубекирович Кумахов
Priority to RU2013140788/07A priority Critical patent/RU2546196C2/en
Publication of RU2013140788A publication Critical patent/RU2013140788A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2546196C2 publication Critical patent/RU2546196C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electron beam is transported along the curving evacuated channel (1) with a direct-axis (8) as smooth line and the wall (4), fabricated from the material capable to electrisation. Meanwhile the channel, used for transportation, is fitted with the conducting shell adjacent to the external surface (6) of its walls (2), or this surface has a conductive coating (7). The shell or the coating (7) is energised by the potential using the terminals (9), which induces on the internal surface (5) of the channel wall a negative charge with obtaining in the channel of the potential barrier exceeding the maximum energy of electrons of the transported beam.
EFFECT: possibility of transportation of high energy electron beams in combination with ensuring of wide freedom of selection of geometrical parameters of the channel without hitting the channel wall by electrons and elimination of necessity in use of devices of magnetic beam control.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к области электроэнергетики и предназначены для использования при передаче энергии на большое расстояние в форме пучка ускоренных электронов, а именно для транспортирования такого пучка.The invention relates to the field of electric power and is intended for use when transmitting energy over a long distance in the form of a beam of accelerated electrons, namely for transporting such a beam.

Несмотря на то, что техника традиционных средств транспортирования энергии на большие расстояния с помощью высоковольтных проводных линий электропередачи достигла весьма высокого уровня развития, нельзя не считаться с имеющими место в таких линиях относительно большими потерями энергии, могущими составлять при большой длине линии даже в оптимальном случае несколько процентов (см., например: В.В. Ткаченко. Оптимальная потеря напряжения в ЛЭП. Электротехнические комплексы и системы управления, 2010, №1, с.61-63 [1]). При этом имеются в виду лишь потери, вызванные падением напряжения на проводах линии, а ведь имеют место также потери на перемагничивание стального сердечника, которым снабжают алюминиевые провода для повышения прочности, потери, вызванные коронным разрядом, и др. (Г.Я.Александров. Передача электрической энергии. Санкт-Петербург, Изд. Политехнического университета, 2009 [2]). В соизмеримых с длиной волны тока промышленной частоты сверхдлинных (5000-10000 км и более) воздушных линиях будут ощутимыми также потери на излучение.Despite the fact that the technology of traditional means of transporting energy over long distances using high-voltage wire power transmission lines has reached a very high level of development, one cannot ignore the relatively large energy losses that occur in such lines, which can be several times even with a long line, even in the optimal case percent (see, for example: VV Tkachenko. Optimal voltage loss in power lines. Electrotechnical complexes and control systems, 2010, No. 1, pp. 61-63 [1]). In this case, we mean only losses caused by a voltage drop on the line wires, and there are also losses on the magnetization reversal of the steel core, which are supplied with aluminum wires to increase strength, losses caused by corona discharge, etc. (G.Ya. Aleksandrov. Electric Power Transmission, St. Petersburg, Polytechnic University Publishing House, 2009 [2]). In commensurate with the current wavelength of the industrial frequency of super-long (5000-10000 km or more) overhead lines, radiation losses will also be noticeable.

Это обусловливает непрекращающиеся поиски альтернативных путей передачи энергии. Одним из направлений таких поисков является передача энергии с помощью электронных пучков. Идея такой передачи, как следует из ряда публикаций (см., например: Ж. Алферов, Е. Велихов. Энергия без границ. Россия в глобальной политике, №1. Январь - Март 2003 [3]; Л.И. Рудаков. Сильноточные пучки заряженных частиц. Соросовский образовательный журнал, 1996, №2 [4]), принадлежит Г.И. Будкеру. Она ассоциируется с его открытием, относящимся к электронному стабилизированному пучку, зарегистрированным в Государственном реестре открытий СССР под №82 с приоритетом от мая 1952 года, описанным в статье: Г.И. Будкер. Релятивистский стабилизированный электронный пучок. Атомная энергия, 1956, Т.1 [5]. В пучке Будкера кулоновское расталкивание электронов частично компенсируется зарядами ионов. Предполагается, что передачу энергии можно осуществить, транспортируя электронный пучок по металлическому трубопроводу [4]. Отмечается, что по расчетам специалистов преобразование энергии жидкого или газообразного топлива в энергию электронного пучка с последующим его транспортированием может оказаться экономически более целесообразным, чем транспортирование самого топлива к месту потребления с последующим получением электроэнергии (Е. Велихов. Мост Россия - Северо-Восточная Азия. Лукойл-пресс, сентябрь 1999; http://asiapacific.narod.ru/countries/apr/most_russia_sva.htm [6]).This leads to an ongoing search for alternative ways of energy transfer. One of the directions of such searches is the transfer of energy by electron beams. The idea of such a transfer, as follows from a number of publications (see, for example: Zh. Alferov, E. Velikhov. Energy without borders. Russia in global politics, No. 1. January - March 2003 [3]; L. I. Rudakov. High-precision beams of charged particles. Soros Educational Journal, 1996, No. 2 [4]) belongs to G.I. Budker. It is associated with its discovery related to the electron stabilized beam, registered in the State registry of discoveries of the USSR under No. 82 with a priority of May 1952, described in the article: G.I. Budker. Relativistic stabilized electron beam. Atomic energy, 1956, T. 1 [5]. In the Budker beam, the Coulomb repulsion of electrons is partially compensated by ion charges. It is assumed that energy transfer can be carried out by transporting an electron beam through a metal pipe [4]. It is noted that, according to experts, the conversion of the energy of liquid or gaseous fuel into the energy of an electron beam with its subsequent transportation may be more economically feasible than transporting the fuel to its place of consumption with the subsequent generation of electricity (E. Velikhov. Russia-North-East Asia Bridge. Lukoil-press, September 1999; http://asiapacific.narod.ru/countries/apr/most_russia_sva.htm [6]).

Изложенное иллюстрирует актуальность и перспективность разработок, относящихся к данному направлению.The foregoing illustrates the relevance and prospects of developments related to this area.

Однако существует проблема устойчивости указанных пучков, обусловленная наличием целого ряда видов неустойчивости и вызывающих ее причин (см., например: С.Ю.Удовиченко. Непотенциальная теория низкочастотных неустойчивостей релятивистских электронных пучков. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 1984 [7]). Наличие проблемы устойчивости ранее отмечалось также Лоусоном (Дж. Лоусон. Физика пучков заряженных частиц. Москва, ”Мир”, 1980, с.272) [8]. Там же высказано мнение о непреодолимых трудностях создания такого пучка даже при отсутствии неустойчивостей.However, there is a problem of the stability of these beams due to the presence of a number of types of instability and the causes that cause it (see, for example, S. Yu. Udovichenko. Non-potential theory of low-frequency instabilities of relativistic electron beams. Abstract of dissertation for the degree of candidate of physical and mathematical sciences. Moscow 1984 [7]). The presence of the stability problem was also previously noted by Lawson (J. Lawson. Physics of charged particle beams. Moscow, Mir, 1980, p. 272) [8]. The opinion of the insurmountable difficulties of creating such a beam even in the absence of instabilities was also expressed there.

Кроме того, в реальных условиях протяженный канал транспортирования электронного пучка может иметь многочисленные изгибы с самыми различными радиусами кривизны, в частности, в силу того, что он должен следовать рельефу местности. Это обусловливает необходимость дополнительного магнитного управления пучком электронов в канале для его поворотов, что отмечается разработчиками соответствующих проектов (см., например: Е.А. Абрамян. Электричество - по трубам. Юный техник, 1984, №1 [9]). Поскольку ток в канале при передаче энергии в промышленных масштабах должен быть очень большим, вследствие чего канал формирует весьма интенсивное собственное магнитное поле, создание средств для магнитного управления окажется непростой задачей.In addition, under real conditions, an extended channel for transporting an electron beam can have numerous bends with various radii of curvature, in particular, due to the fact that it must follow the terrain. This necessitates additional magnetic control of the electron beam in the channel for its turns, which is noted by the developers of the corresponding projects (see, for example: EA Abrahamyan. Electricity through pipes. Young technician, 1984, No. 1 [9]). Since the current in the channel during energy transfer on an industrial scale must be very large, as a result of which the channel forms a very intense intrinsic magnetic field, the creation of means for magnetic control will be a daunting task.

Вместе с тем сравнительно недавно стали известны способ и устройство, позволяющие транспортировать электронный пучок по изогнутому каналу и свободные от упомянутых проблем устойчивости пучка и необходимости использовать магнитные средства. Эти способ и устройство раскрыты в патенте РФ №2462009, опубл. 20.09.2012 [10].At the same time, a method and device have recently become known that allow the electron beam to be transported through a curved channel and free from the aforementioned problems of beam stability and the need to use magnetic means. These method and device are disclosed in RF patent No. 2462009, publ. 09/20/2012 [10].

Согласно патенту [10], для транспортирования пучка заряженных частиц по каналу, имеющему изгибы, используют вакуумированный канал, имеющий стенку, изготовленную из материала, способного к электризации, и осуществляют транспортирование пучка по этому каналу при наличии электризации внутренней поверхности его стенки со знаком заряда, одинаковым с зарядом частиц пучка, с соблюдением при этом следующего соотношения, связывающего энергию E и заряд Q частиц пучка с электрической прочностью Uпр материала стенки и геометрическими параметрами канала - наименьшим радиусом R кривизны продольной оси, наименьшей толщиной d стенки и наибольшим расстоянием h между двумя точками внутренней поверхности канала, расположенными в поперечном сечении канала на одной и той же нормали к указанной поверхности:According to the patent [10], to transport a beam of charged particles through a channel having bends, use a vacuum channel having a wall made of material capable of electrification, and transport the beam through this channel in the presence of electrification of the inner surface of its wall with a charge sign, identical with the charge of the beam particles, while observing the following relation between the energy E and the charge Q of the beam particles with the electric strength U pr of the wall material and the geometric parameters of nal - the smallest radius R of curvature of the longitudinal axis, the smallest wall thickness d and the largest distance h between two points of the inner surface of the channel located in the cross section of the channel on the same normal to the specified surface:

E / Q < R d U п р / h                                 (*)

Figure 00000001
E / Q < R d U P R / h (*)
Figure 00000001

При круглом поперечном сечении канала параметр h является не чем иным, как диаметром просвета канала. Применительно к транспортированию электронов заряд на внутренней поверхности стенки канала должен быть отрицательным. Электроны транспортируемого пучка предполагаются предварительно ускоренными, что учитывается наличием параметра E в приведенном выше условии (). Само понятие ”пучок” говорит о том, что скорости электронов в требуемом направлении движения, соответствующем направлению продольной оси канала, существенно выше, чем в поперечном направлении. Данное условие соответствует определению пучка заряженных частиц, см., например: И.Н. Мешков. Транспортировка пучков заряженных частиц. Новосибирск, Изд. ”Наука” (Сибирское отделение), 1991, с.59 [11].With a circular cross section of the channel, the parameter h is nothing more than the diameter of the channel lumen. With regard to the transport of electrons, the charge on the inner surface of the channel wall should be negative. The electrons of the transported beam are supposed to be pre-accelerated, which is taken into account by the presence of the parameter E in the above condition ( ). The very concept of “beam” suggests that the speed of electrons in the desired direction of motion, corresponding to the direction of the longitudinal axis of the channel, is significantly higher than in the transverse direction. This condition corresponds to the definition of a beam of charged particles, see, for example: I.N. Sacks. Transportation of charged particle beams. Novosibirsk, Publishing House “Science” (Siberian Branch), 1991, p. 59 [11].

Однако этим способу и устройству присуще ограничение, связанное с тем, что при их использовании электризация внутренней поверхности стенки канала осуществляется электронами самого транспортируемого пучка, часть которых оседает на стенке. При этом возможность транспортирования пучка ограничена необходимостью выполнения условия (). При заданных свойствах материала стенки и геометрии канала, т.е. правой части неравенства (), это препятствует повышению энергии Е электронов, а при заданной энергии, т.е. левой части неравенства (), препятствует уменьшению радиуса R кривизны изгибов канала и увеличению диаметра h просвета канала.However, this method and device has a limitation associated with the fact that, when used, the electrification of the inner surface of the channel wall is carried out by the electrons of the transported beam itself, some of which are deposited on the wall. In this case, the possibility of transporting the beam is limited by the need to satisfy condition ( ). Given the properties of the wall material and channel geometry, i.e. the right-hand side of inequality ( ), this prevents the increase of the electron energy E, and for a given energy, i.e. the left side of inequality ( ), prevents the radius R of curvature of the bends of the channel from decreasing and the diameter h of the channel clearance to increase.

Способ и устройство по патенту [10] наиболее близки к способу и устройству по предлагаемым изобретениям.The method and device according to the patent [10] are closest to the method and device according to the invention.

Предлагаемые изобретения, относящиеся к способу транспортирования электронного пучка для целей передачи энергии и устройству для его осуществления, направлены на достижение технического результата, заключающегося в том, что энергия E электронов транспортируемого пучка может быть увеличена по сравнению с той, которая при заданных свойствах материала стенки и геометрии канала определяется правой частью неравенства (), а при заданной энергии E электронов радиус R кривизны канала может быть выбран меньше, а диаметр h просвета канала - больше, чем это определяется левой частью неравенства (), ограничивающей снизу отношение R/h. Оба названных фактора важны с учетом предназначенности предлагаемых изобретений для передачи энергии преимущественно в промышленных масштабах при геометрии канала, ”привязанной” к заданной трассе и соответствующему ей рельефу. Ниже при раскрытии изобретений могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.The present invention relates to a method of transporting an electron beam for purposes of energy transfer and a device for its implementation, aimed at achieving a technical result, namely, that the energy E of the electrons of the transported beam can be increased compared to that which, given the properties of the wall material and channel geometry defined by the right side of the inequality (*), and for E electrons radius R of curvature of the channel of given energy may be chosen smaller and the diameter of the lumen of the channel h - bol Chez than that determined by the left side of (*) bounding the bottom ratio R / h. Both of these factors are important given the intended nature of the proposed inventions for energy transfer mainly on an industrial scale with channel geometry “attached” to a given path and its corresponding topography. Below, when disclosing the inventions, other types of achievable technical result can be named.

В предлагаемом способе транспортирования пучка ускоренных электронов, как и в наиболее близком к нему известном способе по патенту [10], указанное транспортирование осуществляют по имеющему изгибы вакуумированному каналу с продольной осью в виде гладкой линии и стенкой, изготовленной из материала, способного к электризации.In the proposed method for transporting a beam of accelerated electrons, as well as in the closest known method according to the patent [10], this transportation is carried out along a bending evacuated channel with a longitudinal axis in the form of a smooth line and a wall made of material capable of electrification.

Для достижения указанного технического результата, в отличие от наиболее близкого известного способа, в предлагаемом способе при транспортировании указанного электронного пучка используют указанный канал, дополнительно снабженный прилегающей к внешней поверхности его стенки электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием. На указанные электропроводящие оболочку или покрытие подают потенциал, индуцирующий на внутренней поверхности стенки указанного канала отрицательный заряд с получением в этом канале потенциального барьера, превышающего наибольшую энергию электронов транспортируемого пучка.To achieve the specified technical result, in contrast to the closest known method, in the proposed method, the specified channel is used during transportation of the indicated electron beam, additionally equipped with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of its wall or an electrically conductive coating deposited on this surface. A potential is induced at said electrically conductive shell or coating, which induces a negative charge on the inner surface of the wall of said channel to produce a potential barrier in this channel that exceeds the highest electron energy of the transported beam.

Предлагаемое устройство для транспортирования пучка ускоренных электронов, как и наиболее близкое к нему известное устройство по патенту [10], выполнено в виде имеющего изгибы вакуумированного канала с продольной осью в виде гладкой линии и стенкой, изготовленной из материала, способного к электризации.The proposed device for transporting a beam of accelerated electrons, as well as the closest known device according to the patent [10], is made in the form of a vacuum channel having bends with a longitudinal axis in the form of a smooth line and a wall made of material capable of electrification.

Для достижения указанного технического результата, в отличие от наиболее близкого известного устройства, в предлагаемом устройстве указанный канал дополнительно снабжен прилегающей к внешней поверхности его стенки электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием. Эти оболочка или покрытие являются электродом для подключения к внешнему источнику напряжения.To achieve the specified technical result, in contrast to the closest known device, in the proposed device the specified channel is additionally provided with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of its wall or an electrically conductive coating deposited on this surface. This sheath or coating is an electrode for connection to an external voltage source.

Указанный канал предлагаемого устройства, используемый при осуществлении с помощью этого устройства предлагаемого способа, проложен по трассе для передачи энергии, переносимой указанным электронным пучком, и имеет изгибы, соответствующие этой трассе.The specified channel of the proposed device used in the implementation of the proposed method using this device is laid along the route for transmitting energy transferred by the indicated electron beam, and has bends corresponding to this route.

Указанные электропроводящие оболочка или покрытие внешней стенки канала предлагаемого устройства, подключаемые к внешнему источнику напряжения, предназначены для подачи на них при осуществлении предлагаемого способа потенциала, индуцирующего на внутренней поверхности стенки указанного канала отрицательный заряд, обеспечивающий получение в этом канале потенциального барьера, превышающего наибольшую энергию электронов транспортируемого пучка.Said electrically conductive shell or coating of the external channel wall of the device of the invention, connected to an external voltage source, is intended for supplying them with the implementation of the proposed method of potential inducing a negative charge on the internal surface of the wall of the channel, which provides a potential barrier in this channel that exceeds the highest electron energy transported beam.

При осуществлении предлагаемого способа с помощью предлагаемого устройства упомянутый индуцированный отрицательный заряд может существенно превосходить заряд, создаваемый при осуществлении наиболее близкого известного способа на стенке канала наиболее близкого известного устройства электронами самих движущихся в канале пучков, и практически может быть сделан любым, позволяющим обеспечить создание в канале возле внутренней поверхности его стенки потенциального барьера, не преодолимого для электронов транспортируемого пучка. Данная мера при плавном характере изгибов канала (когда продольная ось имеет вид гладкой линии) позволяет обеспечить достижение названных выше видов технического результата благодаря тому, что электроны пучка в процессе его транспортирования с поворотами в местах изгибов канала не попадают на стенку последнего, причем этот результат достигается без использования средств для создания магнитных полей. Благодаря отмеченной выше возможности более широкого варьирования энергии транспортируемых пучков и геометрических параметров канала обеспечиваются как большая свобода выбора при проектировании, в зависимости от тех или иных предпочтений, так и возможность использовать для передачи энергии один и тот же канал при изменении параметров пучка.When implementing the proposed method using the proposed device, the aforementioned induced negative charge can significantly exceed the charge created by the closest known method on the channel wall of the closest known device by the electrons of the beams moving in the channel themselves, and practically can be done by any one that allows creating in the channel near the inner surface of its wall of a potential barrier that cannot be overcome for the electrons of the transported beam. This measure, with the smooth character of the channel bends (when the longitudinal axis has the appearance of a smooth line), allows achieving the above-mentioned types of technical result due to the fact that the electrons of the beam during its transportation with turns in the places of the channel bends do not fall on the wall of the latter, and this result is achieved without using tools to create magnetic fields. Due to the aforementioned possibility of a wider variation of the energy of transported beams and the geometric parameters of the channel, both greater freedom of choice during design, depending on various preferences, and the ability to use the same channel for changing the beam parameters are ensured.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:

- на фиг.1 - предлагаемое устройство (продольный разрез) для осуществления способа по предлагаемому изобретению;- figure 1 - the proposed device (longitudinal section) for implementing the method according to the invention;

- на фиг.2 - канал предлагаемого устройства в поперечном сечении;- figure 2 - channel of the proposed device in cross section;

- на фиг.3 - распределение потенциала в просвете канала предлагаемого устройства.- figure 3 - potential distribution in the lumen of the channel of the proposed device.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.1) вакуумированный кольцевой канал 1 со стенкой 4, выполненной из материала, способного к электризации, например стекла, керамики с хорошими электроизоляционными свойствами и высокой электрической прочностью или другого диэлектрика с подходящими показателями указанных свойств. Канал 1 имеет продольную ось 8 в виде гладкой (т.е. не имеющей скачков производной) линии. Изображение части канала штриховыми линиями использовано для условного обозначения его большой протяженности. Канал 1 проложен по трассе для передачи энергии, переносимой электронным пучком, и имеет изгибы, соответствующие этой трассе. Он может иметь и другие необходимые изгибы, в частности компенсационные, для предотвращения повреждения канала вследствие температурного расширения или сжатия его материала. Все изгибы канала должны быть выполнены с сохранением гладкости продольной оси 8.The proposed device contains (figure 1) a vacuum annular channel 1 with a wall 4 made of a material capable of electrification, such as glass, ceramics with good electrical insulation properties and high electrical strength or other dielectric with suitable indicators of these properties. Channel 1 has a longitudinal axis 8 in the form of a smooth (i.e., without jumps derivative) line. The image of the channel part by dashed lines is used to symbolize its large extent. Channel 1 is laid along the route for transmitting energy transferred by the electron beam, and has bends corresponding to this route. It may have other necessary bends, in particular compensation, to prevent damage to the channel due to thermal expansion or compression of its material. All bends of the channel should be made while maintaining the smoothness of the longitudinal axis 8.

На фиг.2 показано в увеличенном по отношению к фиг.1 виде поперечное сечение канала 1 в частном случае, когда оно является круглым; h - диаметр просвета канала, d - толщина его стенки. Круглая форма поперечного сечения является наиболее технологичной и предпочтительной, но возможна и другая форма в виде гладкой выпуклой линии, например эллиптическая или овальная.Figure 2 shows in enlarged with respect to figure 1 the cross-section of the channel 1 in the particular case when it is round; h is the diameter of the lumen of the channel, d is the thickness of its wall. A round cross-sectional shape is the most technologically advanced and preferred, but another shape is possible in the form of a smooth convex line, for example elliptical or oval.

Канал 1 снабжен прилегающей к внешней поверхности 6 его стенки 2 электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием. Указанные оболочка или покрытие показаны позицией 7. Оболочку или покрытие 7 при использовании предлагаемого устройства для осуществления предлагаемого способа подключают к внешнему источнику напряжения (на чертежах не показан), для чего предназначена клемма 9. Оболочка или покрытие 7 не должны иметь разрывов, чтобы по всей длине канала они находились под одним и тем же потенциалом.Channel 1 is provided with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface 6 of its wall 2 or an electrically conductive coating deposited on this surface. The specified shell or coating is shown at 7. The shell or coating 7 when using the proposed device for implementing the proposed method is connected to an external voltage source (not shown in the drawings), for which terminal 9 is intended. The shell or coating 7 should not have gaps, so that throughout along the channel, they were under the same potential.

Канал 1 имеет входной торец 2 и выходной торец 3. Входной торец 1 предназначен для инжектирования через него в канал 1 подлежащего транспортированию электронного пучка. Инжектор ускоренных электронов, которым сообщена энергия, предназначенная для передачи потребителю, на чертежах не показан. Выходной торец 3 канала 1 предназначен для вывода через него электронного пучка, доставленного по каналу и подлежащего передаче потребителю. Осуществляющие взаимодействие с потребителем средства в состав предлагаемого устройства не входят и на чертежах не показаны. Ввод электронного пучка в канал 1 и вывод из него для передачи потребителю условно показаны на фиг.1 стрелками A и B.Channel 1 has an input end 2 and an output end 3. The input end 1 is intended for injection through it into the channel 1 of the electron beam to be transported. The accelerated electron injector, which communicates energy intended for transmission to the consumer, is not shown in the drawings. The output end 3 of channel 1 is designed to output through it an electron beam delivered through the channel and to be transmitted to the consumer. The means interacting with the consumer are not included in the composition of the proposed device and are not shown in the drawings. The input of the electron beam into channel 1 and the output from it for transmission to the consumer are conventionally shown in Fig. 1 by arrows A and B.

После инжектирования в канал 1 электронов, образующих транспортируемый пучок, последний движется по каналу 1, повторяя его изгибы и не вступая в контакт с внутренней поверхностью 5 стенки 4 канала, что обеспечивается благодаря наличию на поверхности 5 индуцированных отрицательных зарядов. На фиг.1 присутствие таких зарядов условно показано лишь для небольшой части канала 1. Упомянутые заряды индуцируются благодаря тому, что на оболочку (покрытие) 7 подают соответствующий потенциал от внешнего источника напряжения, с которым соединена клемма 9. В просвете канала возникает спадающее к его центру вдоль радиуса распределение потенциала U(r), вид которого показан на фиг.3. Координата r отсчитывается от центра поперечного сечения канала. Ее наибольшему значению, равному h/2, соответствует уровень UB потенциального барьера, возникающего в канале возле внутренней поверхности его стенки. Его подбирают так, чтобы энергия движения электронов в поперечном направлении была недостаточна для преодоления величины UB потенциального барьера и попадания электронов на стенку канала. Например, при энергии инжектируемых в канал электронов 100 кэВ потенциальный барьер UB, равный 100 кВ, вполне достаточен для предотвращения попадания электрона на стенку, так даже если вся энергия электрона превратится в энергию его поперечного движения, этот барьер не будет преодолен. Условия для попадания электрона на стенку наиболее благоприятны в местах изгиба канала, так как в этих местах электроны могут иметь составляющую скорости, направленную в сторону стенки. Появление у электрона поперечной составляющей скорости возможно также в результате столкновения с молекулами остаточного газа. Поэтому важным требованием является поддержание в канале хорошего вакуума.After injection into the channel 1 of the electrons forming the transported beam, the latter moves along the channel 1, repeating its bends and not coming into contact with the inner surface 5 of the wall 4 of the channel, which is ensured by the presence of induced negative charges on the surface 5. In Fig. 1, the presence of such charges is conditionally shown only for a small part of channel 1. These charges are induced due to the fact that the shell (coating) 7 is supplied with the corresponding potential from an external voltage source to which terminal 9 is connected. In the lumen of the channel, a drop to it to the center along the radius, the distribution of potential U (r), the form of which is shown in Fig.3. The coordinate r is counted from the center of the cross section of the channel. Its highest value, equal to h / 2, corresponds to the level U B of the potential barrier arising in the channel near the inner surface of its wall. It is selected so that the energy of electron motion in the transverse direction is insufficient to overcome the value U B of the potential barrier and hit the electrons on the channel wall. For example, at an energy of 100 keV injected into the channel of electrons, the potential barrier U B equal to 100 kV is quite sufficient to prevent the electron from falling onto the wall, so even if all the energy of the electron turns into the energy of its transverse motion, this barrier will not be overcome. The conditions for the electron to hit the wall are most favorable in places where the channel bends, since in these places the electrons can have a velocity component directed towards the wall. The appearance of a transverse velocity component in an electron is also possible as a result of collision with residual gas molecules. Therefore, an important requirement is to maintain a good vacuum in the channel.

В экспериментах, которые были проведены при вакууме порядка 10-10 мм ртутного столба, движение электронов с энергией E=100 кв, инжектированных в замкнутый сам на себя канал, приобретающий при этом форму кольца диаметром 40 см, сохранялось в течение нескольких сотен секунд. Даже за гораздо меньшее время - 100 секунд электроны пучка с указанной энергией проходят в таком кольцевом канале, совершая множество оборотов, путь порядка 1,6·107 км. Это говорит о вполне удовлетворительном качестве канала и вакуума в нем. В реальной ситуации, если условно принять длину линии передачи энергии с помощью электронного пучка равной 10000 км, электронам предстоит пройти в 1600 раз меньший путь за соответственно меньшее время, так что потери, связанные с неидеальностью вакуумирования, при указанном его уровне пренебрежимо малы.In experiments that were carried out at a vacuum of the order of 10 -10 mm Hg, the motion of electrons with an energy of E = 100 kV injected into a self-closed channel, acquiring the shape of a ring with a diameter of 40 cm, remained for several hundred seconds. Even in a much shorter time — 100 seconds, beam electrons with the indicated energy travel in such an annular channel, making many revolutions, a path of the order of 1.6 · 10 7 km. This indicates a completely satisfactory quality of the channel and the vacuum in it. In a real situation, if we conditionally take the length of the energy transfer line using an electron beam to be 10,000 km, the electrons have to go a 1600 times smaller path in a correspondingly shorter time, so that the losses associated with non-ideal vacuum, at its indicated level, are negligible.

Еще одной возможной причиной потерь энергии в предлагаемом устройстве при осуществлении предлагаемого способа с его помощью может быть излучение на криволинейных участках трассы. Однако оценка влияния этого фактора показывает, что и эти потери малы. Даже если предположить наличие на длине 10000 км одного миллиона поворотов (т.е. один поворот на каждые 10 метров) на 90 градусов каждый с радиусом 1 м, то потери на излучение для одного электрона с первоначальной энергией 100 кэВ составят немногим более 0,02 эВ. Иначе говоря, каждый электрон потеряет в несколько раз меньше одной миллионной доли своей первоначальной энергии.Another possible cause of energy losses in the proposed device when implementing the proposed method with its help may be radiation on curved sections of the route. However, an assessment of the influence of this factor shows that these losses are also small. Even if we assume the presence of one million turns (i.e., one turn for every 10 meters) 90 degrees each with a radius of 1 m over a length of 10,000 km, the radiation loss for one electron with an initial energy of 100 keV will be a little more than 0.02 eV. In other words, each electron will lose several times less than one millionth of its original energy.

Величина транспортируемой энергии зависит, наряду с прочими факторами, от плотности n электронов в пучке, которая, в свою очередь, зависит от величины потенциального барьера UB и радиуса h/2 просвета канала. Для этой зависимости можно получить соотношение:The value of the transported energy depends, among other factors, on the density n of electrons in the beam, which, in turn, depends on the value of the potential barrier U B and the radius h / 2 of the channel lumen. For this dependence, you can get the ratio:

n = 1 4 ( 4 U B e 2 h ) 3 / 2

Figure 00000002
, n = one four ( four U B e 2 h ) 3 / 2
Figure 00000002
,

где e - заряд электрона.where e is the electron charge.

При UB=105 В и h/2=10 см имеем: n≈1019 1/см3. При движении электронного пучка в канале происходит его эффективное фокусирование. Приняв, что электронный пучок сосредоточен, в основном, в прилегающей к осевой линии части объема канала, радиус которой составляет 0,01 от радиуса просвета канала, т.е. 1 мм, получим для объема занятой электронами части канала оценку 30 м3. В таком объеме при найденной выше плотности n=1019 1/см3 =1025 1/м3 находятся 30·1025 электронов. Выше уже было сказано, что канал длиной 10000 км электрон с энергией 100 кэВ =105 эВ проходит за время Δt≈6,1·10-2 с. За такое время по каналу проходит найденное выше количество электронов. Следовательно, за 1 секунду по каналу можно пропустить 30·1025:6,1·10-2≈5·1027 электронов, суммарная энергия которых равна 5·1027·105=5·1032 эВ. Такой энергии, предаваемой за 1 секунду, соответствует мощность 5·1032 эВ/с ≈ 8,3·1011 ватт, или, округленно, 800 ГВт. Для сравнения укажем, что проектная мощность одной из крупнейших в мире Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6,4 ГВт.At U B = 10 5 V and h / 2 = 10 cm we have: n≈10 19 1 / cm 3 . When an electron beam moves in a channel, its effective focusing occurs. Assuming that the electron beam is concentrated mainly in the part of the channel volume adjacent to the axial line, the radius of which is 0.01 of the channel clearance radius, i.e. 1 mm, we obtain an estimate of 30 m 3 for the volume of the channel part occupied by electrons. In such a volume, with the density n = 10 19 1 / cm 3 = 10 25 1 / m 3 found above, there are 30 · 10 25 electrons. It has already been said above that a channel with a length of 10,000 km and an electron with an energy of 100 keV = 10 5 eV passes through the time Δt≈6.1 · 10 -2 s. During such a time, the above-found number of electrons passes through the channel. Therefore, in 1 second, 30 · 10 25 : 6.1 · 10 -2 ≈5 · 10 27 electrons with a total energy of 5 · 10 27 · 10 5 = 5 · 10 32 eV can be passed through the channel. Such energy, delivered in 1 second, corresponds to a power of 5 · 10 32 eV / s ≈ 8.3 · 10 11 watts, or, roundly, 800 GW. For comparison, we indicate that the design capacity of one of the largest in the world Sayano-Shushenskaya hydroelectric power station is 6.4 GW.

Весьма большие мощности могут быть переданы и при существенно меньших значениях энергии электронов, получение которых (как и значения 100 кэВ, использованного выше в примерах) не является проблемным. Учитывая огромную величину мощности, полученной при приведенной выше оценке, можно констатировать, что предлагаемые изобретения обладают весьма большим ”запасом” с точки зрения возможности их использования для передачи энергии электронных пучков, которые реально могли бы быть созданы.Very large powers can be transmitted even with significantly lower values of electron energy, the receipt of which (as well as the values of 100 keV used above in the examples) is not a problem. Given the enormous amount of power obtained in the above assessment, it can be stated that the inventions have a very large “margin” in terms of the possibility of their use for transferring energy of electron beams that could actually be created.

Таким образом, предлагаемые изобретения вполне приемлемы для использования при передаче энергии в форме пучка ускоренных электронов на дальние и сверхдальние расстояния.Thus, the proposed invention is quite suitable for use in the transfer of energy in the form of a beam of accelerated electrons over long and ultra-long distances.

Для преобразования энергии, передаваемой предлагаемым устройством в соответствии с предлагаемым способом, представляющей собой энергию движущихся электронов, в более удобную для традиционных путей использования могут быть применены после соответствующей адаптации известные технические решения, например, по авторским свидетельствам СССР №376027 [12] (опубл. 05.08.1978), №686160 [13] (опубл. 15.09.1979), №1565740 [14] (опубл. 15.05.1990) и патенту США №7417356 [15] (опубл. 26.08.2008).To convert the energy transmitted by the proposed device in accordance with the proposed method, which is the energy of moving electrons, more convenient for traditional ways of use, well-known technical solutions can be applied after appropriate adaptation, for example, according to copyright certificates of the USSR No. 376027 [12] (publ. 08/05/1978), No. 686160 [13] (publ. 09/15/1979), No. 1565740 [14] (publ. 05/15/1990) and US patent No. 7417356 [15] (publ. 08/26/2008).

Источники информацииInformation sources

1. В.В. Ткаченко. Оптимальная потеря напряжения в ЛЭП. Электротехнические комплексы и системы управления, 2010, №1, с.61-63.1. V.V. Tkachenko. Optimal voltage loss in power lines. Electrotechnical complexes and control systems, 2010, No. 1, pp. 61-63.

2. Г.Я. Александров. Передача электрической энергии. Санкт-Петербург, Изд. Политехнического университета, 2009.2. G.Ya. Alexandrov. Transmission of electrical energy. St. Petersburg, Publishing House Polytechnic University, 2009.

3. Ж. Алферов, Е. Велихов. Энергия без границ. Россия в глобальной политике, №1. Январь - Март 2003.3. J. Alferov, E. Velikhov. Energy without limits. Russia in global politics, No. 1. January - March 2003.

4. Л.И. Рудаков. Сильноточные пучки заряженных частиц. Соросовский образовательный журнал, 1996, №2.4. L.I. Rudakov. High current beams of charged particles. Soros Educational Journal, 1996, No. 2.

5. Г.И. Будкер. Релятивистский стабилизированный электронный пучок. Атомная энергия, 1956, Т.1.5. G.I. Budker. Relativistic stabilized electron beam. Atomic Energy, 1956, Vol. 1.

6. Е. Велихов. Мост Россия - Северо-Восточная Азия. Лукойл-пресс, сентябрь 1999; http://asiapacific.narod.ru/countries/apr/most_russia_sva.htm.6. E. Velikhov. Bridge Russia - Northeast Asia. Lukoil Press, September 1999; http://asiapacific.narod.ru/countries/apr/most_russia_sva.htm.

7. С.Ю. Удовиченко. Непотенциальная теория низкочастотных неустойчивостей релятивистских электронных пучков. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 1984.7. S.Yu. Udovichenko. Non-potential theory of low-frequency instabilities of relativistic electron beams. Abstract of dissertation for the degree of candidate of physical and mathematical sciences. Moscow, 1984.

8. Дж. Лоусон. Физика пучков заряженных частиц. Москва, ”Мир”, 1980, с.272.8. J. Lawson. Physics of charged particle beams. Moscow, Mir, 1980, p. 272.

9. Е.А. Абрамян. Электричество - по трубам. Юный техник, 1984, №1.9. E.A. Abrahamyan. Electricity - through pipes. Young technician, 1984, No. 1.

10. Патент РФ №2462009, опубл. 20.09.2012.10. RF patent No. 2462009, publ. 09/20/2012.

11. И.Н. Мешков. Транспортировка пучков заряженных частиц. Новосибирск, Изд. ”Наука” (Сибирское отделение), 1991, с.59.11. I.N. Sacks. Transportation of charged particle beams. Novosibirsk, Publishing House “Science” (Siberian Branch), 1991, p. 59.

12. Авторское свидетельство СССР №376027, опубл. 05.08.1978.12. USSR Author's Certificate No. 376027, publ. 08/05/1978.

13. Авторское свидетельство СССР №686160, опубл. 15.09.1979.13. Copyright certificate of the USSR No. 686160, publ. 09/15/1979.

14. Авторское свидетельство СССР №1565740, опубл. 15.05.1990.14. Copyright certificate of the USSR No. 1565740, publ. 05/15/1990.

15. Патент США №7417356, опубл. 26.08.2008.15. US patent No. 7417356, publ. 08/26/2008.

Claims (3)

1. Способ транспортирования пучка ускоренных электронов, осуществляемого по имеющему изгибы вакуумированному каналу с продольной осью в виде гладкой линии и стенкой, изготовленной из материала, способного к электризации, отличающийся тем, что при транспортировании используют указанный канал, дополнительно снабженный прилегающей к внешней поверхности его стенки электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием, на которые подают потенциал, индуцирующий на внутренней поверхности стенки указанного канала отрицательный заряд с получением потенциального барьера, превышающего наибольшую энергию электронов транспортируемого пучка.1. The method of transporting a beam of accelerated electrons, carried out along a bending evacuated channel with a longitudinal axis in the form of a smooth line and a wall made of material capable of electrification, characterized in that during transportation use the specified channel, additionally provided adjacent to the outer surface of its wall an electrically conductive shell or an electrically conductive coating deposited on this surface, to which a potential inducing on the inner surface of the wall is supplied th channel to obtain a negative charge potential barrier exceeding the highest energy electrons in the beam transported. 2. Устройство для транспортирования пучка ускоренных электронов, выполненное в виде имеющего изгибы вакуумированного канала с продольной осью в виде гладкой линии и стенкой, изготовленной из материала, способного к электризации, отличающееся тем, что оно снабжено прилегающей к внешней поверхности стенки указанного канала электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием, являющимися электродом для подключения к внешнему источнику напряжения.2. A device for transporting a beam of accelerated electrons, made in the form of a bending evacuated channel with a longitudinal axis in the form of a smooth line and a wall made of material capable of electrification, characterized in that it is equipped with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of the wall of the channel or deposited on this surface by an electrically conductive coating, which is an electrode for connecting to an external voltage source. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный канал выполнен круглым в поперечном сечении. 3. The device according to claim 2, characterized in that the said channel is made round in cross section.
RU2013140788/07A 2013-09-04 2013-09-04 Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation RU2546196C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013140788/07A RU2546196C2 (en) 2013-09-04 2013-09-04 Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013140788/07A RU2546196C2 (en) 2013-09-04 2013-09-04 Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013140788A RU2013140788A (en) 2015-03-10
RU2546196C2 true RU2546196C2 (en) 2015-04-10

Family

ID=53279703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013140788/07A RU2546196C2 (en) 2013-09-04 2013-09-04 Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546196C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5654545A (en) * 1995-09-19 1997-08-05 Bruker-Franzen Analytik Gmbh Mass resolution in time-of-flight mass spectrometers with reflectors
RU2210136C2 (en) * 1998-11-06 2003-08-10 Самсунг Дисплей Дивайсиз Ко., Лтд. Electron-beam laser device with electrostatic focusing of electron beam
RU2408172C1 (en) * 2009-12-14 2010-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method and apparatus for guiding electron beam in linear accelerator channel
RU2462009C1 (en) * 2011-06-08 2012-09-20 Мурадин Абубекирович Кумахов Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5654545A (en) * 1995-09-19 1997-08-05 Bruker-Franzen Analytik Gmbh Mass resolution in time-of-flight mass spectrometers with reflectors
RU2210136C2 (en) * 1998-11-06 2003-08-10 Самсунг Дисплей Дивайсиз Ко., Лтд. Electron-beam laser device with electrostatic focusing of electron beam
RU2408172C1 (en) * 2009-12-14 2010-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method and apparatus for guiding electron beam in linear accelerator channel
RU2462009C1 (en) * 2011-06-08 2012-09-20 Мурадин Абубекирович Кумахов Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013140788A (en) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2016006877A (en) Induced power transmission device
US20120313554A1 (en) Accelerator for charged particles
JP2003528423A (en) Plasma accelerator
Celona et al. Microwave to plasma coupling in electron cyclotron resonance and microwave ion sources
CN100369529C (en) Ion accelerator arrangement
RU192845U1 (en) MULTI-APERTURE HIGH FREQUENCY SYSTEM FOR ACCELERATING CLUSTER IONS
RU2546196C2 (en) Method of transportation of electron beam for long distance power transmission and device for its implementation
Chowdhury et al. Power transfer efficiency evaluation of different power pads for electric vehicle’s wireless charging systems
US7436122B1 (en) Helicon hall thruster
JP2006156394A (en) Electromagnetic induction accelerator with coil winding number adjustment
Liang et al. Emerging wireless charging systems for electric vehicles-Achieving high power transfer efficiency: A review
Toury et al. IDERIX: An 8 MV flash X-rays machine using a LTD design
CN113099601B (en) Low-energy heavy ion accelerator and acceleration method
Xu et al. High current SRF cavity design for SPL and eRHIC
Griswold et al. Cross-field plasma lens for focusing of the Hall thruster plume
Poole Cosmic Wireless Power Transfer System and the Equation for Everything E= mc2= vc2/60= a3/T= G (M1+ M2)/4π2=(KE+ PE)/1.0 E15= Q= PA/F= λ/hc= 1/2q= VI= 1/2LI2= 1/2CV= I2R=…
Ishii et al. Design of a compact focusing lens system with short acceleration tube at 300 kV
RU2578207C2 (en) Method of producing electricity
Arabsalmanabadi et al. Analytical and numerical design study of torus coils with misalignment for efficient inductive energy transmission in EV chargers
Andreev et al. Novel DTL section for ITEP-TWAC heavy ion injector
Chowdhury et al. Design of a ferrite-less power pad for wireless charging systems of electric vehicles
RU2580955C2 (en) Method of generating electrodynamic thrust
Balakirev et al. Transition excitation of a perfectly conducting cylinder by relativistic electron bunches
Cramer On magnetohydrodynamic waves in inhomogeneous magnetic fields
Park et al. Beam impedance study on a harmonic kicker for the CCR of the JLEIC

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150905