RU2586993C1 - Centrifugal z-pinch - Google Patents

Centrifugal z-pinch Download PDF

Info

Publication number
RU2586993C1
RU2586993C1 RU2015112392/07A RU2015112392A RU2586993C1 RU 2586993 C1 RU2586993 C1 RU 2586993C1 RU 2015112392/07 A RU2015112392/07 A RU 2015112392/07A RU 2015112392 A RU2015112392 A RU 2015112392A RU 2586993 C1 RU2586993 C1 RU 2586993C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
current
anode
electrodes
cathode
Prior art date
Application number
RU2015112392/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Севцов
Original Assignee
Сергей Викторович Севцов
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 Сергей Викторович Севцов filed Critical Сергей Викторович Севцов
Priority to RU2015112392/07A priority Critical patent/RU2586993C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2586993C1 publication Critical patent/RU2586993C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention can be used as pulsed neutron and x-ray radiation source. Device consists of pulse power supply and gas-discharge chamber with electrodes and hydrogen isotopes. Electrodes are made in form of coaxial located one in another conducting bodies of revolution with curvilinear form. Around inner electrode-anode current lead there is an insulator with diameter smaller than that of working part of anode and cylindrical surface between electrodes ends in chamber. Cathode-chamber housing current lead is located near its central hole, through which insulator and anode current lead are passed. For cathode and anode additional current leads and insulator are made in mirror symmetry near cathode central hole respectively. Two anode current leads are tubular with mirror symmetric multithread spirals from inclined slots filled with solid insulators. Spirals are arranged vertically in zones of opposite corresponding gaps between electrodes ends in chamber.
EFFECT: technical result is increase of thermonuclear efficiency.
1 cl, 1 dwg

Description

Описываемое предлагаемое изобретение относится к плазменной технике, в частности к устройствам с конфигурацией Z-пинча, и может быть применено как импульсный источник нейтронов и рентгеновского излучения.The described invention relates to a plasma technique, in particular to devices with a Z-pinch configuration, and can be used as a pulsed source of neutrons and x-rays.

Известен импульсный источник рентгеновского излучения: патент RU №2315449 C1, 13.06.2006, Селемир Виктор Дмитриевич, Репин Павел Борисович, Орлов Андрей Петрович, Пикулин Игорь Валентинович «Устройство для получения плотной высокотемпературной плазмы в Z-пинче, кл. МПК H05H 1/06, опубл. в БИ №2, 2008 г., патентообладатель - Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (RU) (г. Саров). Устройство содержит импульсный источник питания, вакуумированную рабочую камеру с двумя электродами. Электроды установлены на одной оси на расстоянии друг от друга. Между ними расположен осесимметричный лайнерный каскад, содержащий систему электропроводящих элементов с углом закрутки φ1 относительно оси каскада. На другом диаметре между электродами расположен коаксиально, по меньшей мере, еще один лайнерный каскад, содержащий систему электропроводящих элементов с противоположным углом закрутки φ2. Электропроводящие элементы выполнены прямолинейными или спиралевидными из проволочек, фольги, в виде напыленного на подложку металлического слоя или из их сочетания. Угол закрутки электропроводящих элементов в одном каскаде выбран равным 0<φ1≤60°, а в другом каскаде - 60°≤φ2<0°. Работает описанное устройство-аналог следующим образом. При подаче электрического напряжения от импульсного источника питания на двухкаскадную лайнерную нагрузку начинается рост тока через закрученные в противоположные стороны многопроволочные каскады. В такой конфигурации магнитное поле тока приобретает в дополнение к азимутальной компоненте аксиальную компоненту, которая в основном сосредоточена в кольцевой области между каскадами. При последующем нарастании тока происходит испарение электропроводящих элементов лайнера с образованием двухслойного плазменного лайнера. Величина разрядного тока достигает мегаамперных величин - в конкретном случае около 20 МА. В дальнейшем все увеличивающийся по двухслойной лайнерной системе ток приводит к ее ускорению в радиальном направлении к центральной оси камеры. Если, к примеру, система образована из спиральных проволочек, то по центру камеры плазменный лайнер подлетает в виде компактной двухслойного цилиндра. После срыва тока плазменный цилиндр по инерции схлопывается с переходом тепловой энергии плазмы в импульс рентгеновского излучения. Конфигурация данного цилиндрического двухслойного Z-пинча, с одной стороны, приводит к возникновению в плазменном лайнере «шира» магнитного поля (т.е. результирующие магнитные силовые линии имеют угол закрутки, меняющийся по толщине лайнерной системы) и приобретается азимутальный вращательный момент. Наличие «шира» магнитного поля и вращательного момента плазмы способствует подавлению развития разрушительных магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей. Данные факторы обуславливают возможность реализации высоких степеней устойчивого радиального сжатия Z-пинча в описанном аналоге с сохранением исходной аксиальной симметрии (двухслойный плазменный цилиндр и в начале пинча и в конце). С другой стороны, наличие отличительного признака - отсутствие охватываемого внутренним каскадом аксиального магнитного поля, противодействующего процессу радиальной имплозии многокаскадного цилиндрического Z-пинча, - обуславливает подтвержденный экспериментально факт роста кпд (коэффициента полезного действия) источника рентгеновского излучения.Known pulse source of x-ray radiation: patent RU No. 2315449 C1, 06/13/2006, Selemir Viktor Dmitrievich, Repin Pavel Borisovich, Orlov Andrei Petrovich, Pikulin Igor Valentinovich “Device for producing dense high-temperature plasma in a Z-pinch, cl. IPC H05H 1/06, publ. in BI No. 2, 2008, patent holder - Russian Federation represented by the Federal Atomic Energy Agency (RU), Federal State Unitary Enterprise “Russian Federal Nuclear Center - All-Russian Scientific Research Institute of Experimental Physics” FSUE RFNC-VNIIEF (RU ) (city of Sarov). The device contains a switching power supply, a vacuum working chamber with two electrodes. The electrodes are mounted on the same axis at a distance from each other. Between them is an axisymmetric liner cascade containing a system of electrically conductive elements with a twist angle φ 1 relative to the axis of the cascade. At another diameter between the electrodes, at least one more liner cascade is arranged coaxially, containing a system of electrically conductive elements with an opposite twist angle φ 2 . The electrically conductive elements are made rectilinear or spiral-shaped from wires, foil, in the form of a metal layer sprayed onto a substrate, or from a combination thereof. The twist angle of the electrically conductive elements in one cascade is chosen equal to 0 <φ 1 ≤60 °, and in the other cascade - 60 ° ≤φ 2 <0 °. The described analog device works as follows. When applying electric voltage from a switching power supply to a two-stage liner load, the current begins to increase through multi-wire cascades twisted in opposite directions. In this configuration, the magnetic field of the current acquires, in addition to the azimuthal component, an axial component, which is mainly concentrated in the annular region between the cascades. With a subsequent increase in current, the electrically conductive elements of the liner evaporate to form a two-layer plasma liner. The magnitude of the discharge current reaches megaampere values - in the specific case, about 20 MA. Subsequently, the current increasing along the two-layer liner system leads to its acceleration in the radial direction to the central axis of the camera. If, for example, the system is formed of spiral wires, then the plasma liner flies in the center of the chamber in the form of a compact two-layer cylinder. After the current is interrupted, the plasma cylinder collapses by inertia with the transition of the plasma thermal energy into an x-ray pulse. The configuration of this cylindrical two-layer Z-pinch, on the one hand, leads to the appearance of a “shear” of a magnetic field in the plasma liner (that is, the resulting magnetic field lines have a twist angle that varies along the thickness of the liner system) and an azimuthal rotational moment is acquired. The presence of a “shear” of the magnetic field and the torque of the plasma helps to suppress the development of destructive magnetohydrodynamic (MHD) instabilities. These factors make it possible to realize high degrees of stable radial compression of the Z-pinch in the described analogue while maintaining the initial axial symmetry (two-layer plasma cylinder at the beginning of the pinch and at the end). On the other hand, the presence of a distinctive feature — the absence of an axial magnetic field covered by the internal cascade, which counteracts the radial implosion process of a multistage cylindrical Z-pinch — causes an experimentally confirmed fact that the efficiency (efficiency) of the x-ray source increases.

Совокупность признаков первого аналога, сходная с совокупностью существенных признаков заявляемого устройства:The set of features of the first analogue, similar to the set of essential features of the claimed device:

1) импульсный источник электрического питания;1) a pulse source of electrical power;

2) разрядная камера с двумя электродами;2) a discharge chamber with two electrodes;

3) две многозаходные спирали, установленные по высоте в зазоре между торцами электродов в камере.3) two multi-start spirals installed in height in the gap between the ends of the electrodes in the chamber.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата от заявляемого изобретения - повышения термоядерного кпд, при реализации первого аналога следующие:The reasons that impede the obtaining of the required technical result from the claimed invention is the increase in thermonuclear efficiency, when implementing the first analogue, the following:

1. Две противоположно закрученные многозаходные спирали выполнены из взрывающихся в разрядной камере проволочек.1. Two oppositely twisted multi-start spirals are made of wires exploding in the discharge chamber.

Соответственно создание «шира» магнитного поля и азимутального вращательного момента плазмы приводит к наполнению аналоговой разрядной камеры ионами из электропроводных тугоплавких материалов с большим атомным номером Z (вольфрам, к примеру). В таком случае теряет смысл ввод газообразных изотопов водорода в камеру между электродами для осуществления термоядерных реакций при Z-пинчевом разряде, так как плазма от испарившихся спиралей выступит в роли примесей, гасящих рост температуры термоядерной плазмы.Correspondingly, the creation of a “shear” of the magnetic field and azimuthal torque of the plasma leads to filling the analog discharge chamber with ions from electrically conductive refractory materials with a large atomic number Z (tungsten, for example). In this case, the introduction of gaseous hydrogen isotopes into the chamber between the electrodes for the implementation of thermonuclear reactions during a Z-pinch discharge becomes meaningless, since the plasma from the evaporated helices will act as impurities that suppress the increase in the temperature of the thermonuclear plasma.

2. Коаксиальное расположение двух противоположно закрученных многозаходных спиралей и один разрядный промежуток между электродами.2. Coaxial arrangement of two oppositely twisted multi-start spirals and one discharge gap between the electrodes.

Применение двух противоположно закрученных токовых спиралей создает двухслойную токово-плазменную оболочку в начале пинча. С другой стороны из-за одного разрядного промежутка между электродами токово-плазменная оболочка аналога перед кумуляцией является поверхностью одного плазменного объема - тот же цилиндр, как и в классическом Z-пинче, только вращающийся и с круговой полостью по центру. В таком случае появляется техническое противоречие - вращение от «шира» и вращательного момента у всей плазмы способствуют радиальному сжатию плазмы за счет подавления МГД-неустойчивостей и в то же время препятствует сжатию из-за появления центробежной силы и отбора энергии на создание закрутки. Для повышения кпд установки нужно, чтобы вращение плазмы использовалось не только для создания шира и вращательного момента - гашением МГД-неустойчивостей, но и непосредственно для сжатия плазмы.The use of two oppositely twisted current spirals creates a two-layer current-plasma shell at the beginning of the pinch. On the other hand, due to one discharge gap between the electrodes, the current-plasma shell of the analog before cumulation is the surface of one plasma volume - the same cylinder as in the classical Z-pinch, only rotating and with a circular cavity in the center. In this case, there is a technical contradiction - rotation from the “shear” and the torque of the entire plasma contribute to the radial compression of the plasma due to the suppression of MHD instabilities and at the same time prevents compression due to the appearance of centrifugal force and the selection of energy to create a twist. To increase the efficiency of the setup, it is necessary that the rotation of the plasma be used not only to create a shear and torque - by quenching the MHD instabilities, but also directly to compress the plasma.

Также известен импульсный нейтронный источник: а.с. №1448993, В.М. Быстрицкий, М.М. Фикс и В.Г. Толмачева «Импульсный источник нейтронов», кл. МПК H05H 5/00, опубл. в БИ №32, 1992 г. Источник с концевой закруткой плазменной оболочки в азимутальном направлении содержит герметичный корпус, в котором соосно размещены два коаксиально расположенных цилиндрических электрода, гальванически изолированных один от другого, импульсный источник тока, соединенный через коммутатор с центральным электродом - анодом, и импульсную систему напуска дейтериевого газа или плазмы. Внешний цилиндрический электрод - катод одним торцом укреплен на торцовой стенке корпуса и гальванически соединен с общей шиной. Конечный участок по крайней мере одного из цилиндрических электродов выполнен в виде многозаходной спирали, при этом угол захода спирали α, рад, длина спирального участка 1сп, м, и диаметр спирали d, м, выбран из условия: 2d≥1сп≥5·104·d·I-1·tgα, где I - ток импульсного источника тока, А. Возможен вариант источника, в котором конечный участок второго электрода также выполнен в виде многозаходной спирали, длина которого соответствует длине спирального участка первого электрода, а угол захода равен по величине и противоположен по знаку углу захода первой спирали.Also known pulsed neutron source: A. with. No. 1448993, V.M. Bystritsky, M.M. Fix and V.G. Tolmacheva "Pulse source of neutrons", cl. IPC H05H 5/00, publ. in BI No. 32, 1992. The source with the end swirl of the plasma shell in the azimuthal direction contains a sealed housing in which two coaxially located cylindrical electrodes are placed coaxially, galvanically isolated from one another, a pulsed current source connected through a switch to a central electrode - anode, and a pulsed inlet system of deuterium gas or plasma. An external cylindrical electrode - the cathode is mounted at one end on the end wall of the casing and galvanically connected to a common bus. The final section of at least one of the cylindrical electrodes is made in the form of a multi-start spiral, while the angle of the spiral α, rad, the length of the spiral segment is 1 sp , m, and the diameter of the spiral d, m is selected from the condition: 2d≥1 sp ≥5 10 4 · d · I -1 · tgα, where I is the current of the pulsed current source, A. A source variant is possible, in which the final section of the second electrode is also made as a multi-start spiral, the length of which corresponds to the length of the spiral section of the first electrode, and the angle of approach equal in magnitude and opposite in sign angle and the first spiral.

Работает устройство по второму аналогу следующим образом. В начальный момент времени источник тока заряжен. Коммутатор разомкнут, все устройство откачано до рабочего вакуума, клапан импульсной системы напуска дейтериевого газа или плазмы закрыт. В необходимый момент времени срабатывает данный клапан и в область между анодом и катодом впрыскивается расчетная порция дейтериевого газа (или плазмы). Спустя расчетное и контролируемое время задержки, определяемое скоростью заполнения газом (плазмой) одного кольцевого зазора между анодом и катодом, срабатывает коммутатор и высокое напряжение поступает на анод. По аноду начинает протекать ток, создающий вокруг анода азимутальное магнитное поле. В результате электродинамического взаимодействия данного поля с плазменным током, определяемого силой Лоренца, токово-плазменная оболочка начнет перемещаться к торцу устройства, захватывая (сгребая) в этот процесс газ на ее пути и в результате ионизируя его. При поступлении на концевой участок, где катод (либо анод, либо и тот и другой) выполнен в виде многозаходной спирали, обратный ток, стекающий по спирали, создает азимутальную составляющую магнитного поля. В результате токово-плазменная оболочка приобретает начальный азимутальный момент движения, причем концевая закрутка сохраняется и при выносе плазмы за торцы электродов. После выноса плазмы за торцы электродов образуется относительно устойчивый плазменный вихрь.The device operates on the second analogue as follows. At the initial time, the current source is charged. The switch is open, the entire device is evacuated to a working vacuum, the valve of the pulsed inlet system of deuterium gas or plasma is closed. At the required time, this valve is triggered and a calculated portion of deuterium gas (or plasma) is injected into the region between the anode and cathode. After the calculated and controlled delay time, determined by the rate of filling with gas (plasma) of one annular gap between the anode and cathode, the switch is triggered and a high voltage is applied to the anode. A current begins to flow through the anode, creating an azimuthal magnetic field around the anode. As a result of the electrodynamic interaction of this field with the plasma current, determined by the Lorentz force, the current-plasma shell will begin to move to the end of the device, capturing (raking) gas in its path in this process and ionizing it as a result. Upon receipt at the end portion, where the cathode (either the anode, or both) is made in the form of a multiple start spiral, the reverse current flowing down the spiral creates an azimuthal component of the magnetic field. As a result, the current-plasma shell acquires the initial azimuthal moment of motion, and the end swirl is preserved when the plasma is carried out beyond the ends of the electrodes. After the plasma is carried out beyond the ends of the electrodes, a relatively stable plasma vortex is formed.

За счет получения более стабильной плазменной конфигурации - нецилиндрический вихрь, во втором аналоге по сравнению с классическим цилиндрическим Z-пинчем увеличивается термоядерный кпд аналоговой установки.Due to obtaining a more stable plasma configuration — a non-cylindrical vortex, the thermonuclear efficiency of the analog installation increases in the second analogue compared to the classical cylindrical Z-pinch.

Стабильность нецилиндрического вихря обусловлена следующим. Сам вихрь имеет вид своеобразного тора. Снизу этот тор ограничен кольцевой, выпуклой к плазме, токово-плазменной оболочкой, ранее выступавшей в роли магнитного поршня. Сверху плазменный тор ограничивается также кольцевой, но вогнутой к удерживаемой плазме, второй токово-плазменной оболочкой. Вторая токово-плазменная оболочка появилась в результате линчевания вылетевшей плазмы в сильноточном разряде (характерная величина разрядного тока соответствует мегаамперным значениям) с образованием единого плотного вращающегося вихря. Между собой две криволинейные поверхности вихревого плазменного тора геометрически дополнены двумя кольцевыми поверхностями. Большее кольцо соответствует контакту вихря с катодом. Кольцо меньших размеров соответствует контакту вихря у центра анода. Наличие у плазменного пинчевого вихря вращательного момента способствует гашению МГД-неустойчивостей сжимаемой и удерживаемой плазмы, по подобию как в случае работы первого аналога.The stability of a non-cylindrical vortex is due to the following. The vortex itself has the form of a kind of torus. From below, this torus is bounded by an annular, plasma-convex current-plasma sheath, which previously acted as a magnetic piston. From above, the plasma torus is also limited by the second, but concave to the retained plasma, second current-plasma shell. The second current-plasma shell appeared as a result of lynching of the emitted plasma in a high-current discharge (the characteristic value of the discharge current corresponds to megaampere values) with the formation of a single dense rotating vortex. Between themselves, two curved surfaces of the vortex plasma torus are geometrically supplemented by two annular surfaces. The larger ring corresponds to the contact of the vortex with the cathode. The smaller ring corresponds to the contact of the vortex at the center of the anode. The presence of a torque in a plasma pinch vortex contributes to the suppression of MHD instabilities of a compressible and confined plasma, similarly to the case of the first analogue.

Анализ тока в плазме с винтовым магнитным полем (стр. 225-226; Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. - М.: Атомиздат, 1979. - 320 с.) свидетельствует о том, что ток в системе не сосредоточен по идеализированной геометрии пинча на поверхности плазменного сгустка, а распределен каким-либо образом по поверхностному сечению плазмоида. При этом внутри плазмы сосуществуют аксиальная и азимутальная компоненты винтового поля. Из-за того что шаг каждой магнитной поверхности в плазме различен, токовые трубки «перепутываются» при радиальном смещении (так называемый шир) и возникает стабилизирующая квазиупругая сила натяжения.Analysis of current in a plasma with a helical magnetic field (p. 225-226; Artsimovich LA, Sagdeev RZ Plasma physics for physicists. - M.: Atomizdat, 1979. - 320 p.) Indicates that the current in the system is not concentrated by the idealized geometry of the pinch on the surface of the plasma bunch, but is distributed in some way over the surface section of the plasmoid. In this case, the axial and azimuthal components of the helical field coexist inside the plasma. Due to the fact that the pitch of each magnetic surface in a plasma is different, the current tubes “get mixed up” at a radial displacement (the so-called width) and a stabilizing quasi-elastic tensile force arises.

Как видно из описанного анализа, во втором аналоге также развивается шир на двух токово-плазменных оболочках плазменного вихря с его вкладом, подобно первому аналогу, в стабилизацию сжатия и удержания плазмы.As can be seen from the analysis described, in the second analogue, a shear also develops on two current-plasma shells of a plasma vortex with its contribution, like the first analogue, to the stabilization of compression and confinement of plasma.

Совокупность признаков первого аналога, сходная с совокупностью существенных признаков заявляемого устройства, следующая:The set of features of the first analogue, similar to the set of essential features of the claimed device, is as follows:

1) импульсный источник электрического питания;1) a pulse source of electrical power;

2) газоразрядная камера, заполненная изотопами водорода и содержащая газоразрядные электроды;2) a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes;

3) газоразрядные электроды выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения;3) gas-discharge electrodes are made in the form of coaxial electrically conductive bodies of revolution located in one another;

4) наружный электрод-катод, внутренний электрод-анод;4) an external electrode-cathode, an internal electrode-anode;

5) наличие двух противоположно-закрученных не разрушаемых во время разряда многозаходных электропроводящих спиралей.5) the presence of two oppositely twisted non-destructible during the discharge of multiple-start electrically conductive spirals.

Причины, препятствующие повышению термоядерного кпд, при работе устройства - второго аналога следующие.The reasons that hinder the increase of thermonuclear efficiency during the operation of the device, the second analogue, are as follows.

1. Как и в первом аналоге, во втором аналоге центробежные силы от вращательного движение плазмы не используется для сжатия плазмы, а препятствуют пинчеванию. Правда же, отбор энергии на закрутку плазмы, в отличие от первого аналога, компенсируется взаимным притяжением однонаправленных токов на боковых - разделенных площадками электродов - поверхностях вихря. В первом же аналоге аксиальные составляющие токов, ответственные за закрутку плазмы, на боковых поверхностях цилиндра имеют противоположные направления - как у своеобразного многозаходного соленоида - и соответственно не складываются, как токи в пинче.1. As in the first analogue, in the second analogue the centrifugal forces from the rotational motion of the plasma are not used to compress the plasma, but prevent pinching. True, the selection of energy for plasma swirling, in contrast to the first analogue, is compensated by the mutual attraction of unidirectional currents on the side surfaces of the vortex separated by electrode pads. In the first analogue, the axial components of the currents responsible for the swirling of the plasma on the lateral surfaces of the cylinder have opposite directions - like a kind of multi-pass solenoid - and therefore do not add up like currents in a pinch.

2. Отсутствие магнитной ямы - верхняя токово-плазменная оболочка плазменного вихря, выпуклая со стороны плазмы.2. The absence of a magnetic well - the upper current-plasma shell of a plasma vortex, convex from the side of the plasma.

Как общеизвестно (стр. 218-219; Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. - М.: Атомиздат, 1979. - 320 с.) - для замкнутых магнитных ловушек справедлива следующая теорема. Нельзя создать такое магнитное поле, напряженность которого возрастает наружу от границы плазмы вблизи каждой точки поверхности тороидальной плазменной конфигурации. Сама плазма вследствие своего диамагнетизма стремится распространяться в сторону более слабого магнитного поля. Поэтому если поверхность плазмы удерживается магнитным полем, напряженность которого убывает от границы плазмы наружу, то положение границы плазмоида может оказаться неустойчивым. При этом для систем с плазмой низкого давления (например - токамак) данное положение - не критично.As is well known (p. 218-219; Artsimovich L.A., Sagdeev R.Z. Plasma physics for physicists. - M .: Atomizdat, 1979. - 320 p.) - for closed magnetic traps the following theorem holds. It is impossible to create such a magnetic field, the intensity of which increases outward from the plasma boundary near each point on the surface of the toroidal plasma configuration. Due to its diamagnetism, the plasma itself tends to propagate towards a weaker magnetic field. Therefore, if the plasma surface is held by a magnetic field, the intensity of which decreases from the plasma boundary to the outside, then the position of the plasmoid boundary can be unstable. At the same time, for systems with low-pressure plasma (for example, a tokamak), this position is not critical.

Пинчевые системы по критерию Лоусона в принципе нельзя создать с малым давлением термоядерной плазмы.According to the Lawson criterion, pinch systems cannot, in principle, be created with a low pressure of a thermonuclear plasma.

Из-за рассмотренной выше неустойчивости магнитного удержания часть плазмы будет убывать из плазменного тора и будет происходить срыв процесса сжатия. Получается, что идея пинчевания всего 100% объема термоядерной плазмы для получения по всему объему плазмы максимальных рабочих параметров (температуры и плотности) во вращающемся нецилиндрическом Z-пинче по второму аналогу не реализуется.Due to the instability of magnetic confinement discussed above, part of the plasma will decrease from the plasma torus and the compression process will fail. It turns out that the idea of pinching only 100% of the volume of thermonuclear plasma to obtain the maximum working parameters (temperature and density) in the rotating non-cylindrical Z-pinch according to the second analogue is not realized in the entire plasma volume.

3. Техническая неосуществимость варианта с фокусировкой плазмы при одном коаксиальном газоразрядном зазоре.3. The technical impracticability of the plasma focusing option with a single coaxial gas-discharge gap.

Так как магнитная ловушка во втором аналоге не идеальна, возможно, как вариант, применить известный изобретательский прием - обратить вред в пользу. То есть использовать целенаправленно выброс части плазмы при схлопывании незамкнутой токово-плазменной оболочки, к примеру, для фокусировку плазмы. Однако в рассматриваемом аналоге при одном коаксиальном газоразрядном зазоре возможно создание только одного целого плазменного вихря. В таком случае, с одним вращающимся плазменным сгустком при попытке организации фокусировки возникает техническое противоречие - техническая неосуществимость двух противоположных движений - центростремительного и центробежного. Так, чтобы фокусировка произошла в устройстве-аналоге токово-плазменная оболочка сгустка должна вначале схлопнуться по центральной оси анода. С другой стороны, в результате формирования и нагрева все частицы плазменного вихря приобретают вращательное движение и соответственно возникают центробежные силы, отклоняющие частицы плазмы от центральной оси анода, совпадающей с осью вращения плазменного вихря.Since the magnetic trap in the second analogue is not ideal, it is possible, as an option, to apply the well-known inventive technique - to turn harm in favor. That is, to use purposefully the ejection of a part of the plasma during the collapse of an open current-plasma shell, for example, for focusing the plasma. However, in the analogue under consideration, with one coaxial gas-discharge gap, it is possible to create only one whole plasma vortex. In this case, with one rotating plasma bunch when trying to organize focusing, a technical contradiction arises - the technical impracticability of two opposing movements - centripetal and centrifugal. So that focusing occurs in the analog device, the current-plasma cladding of the clot must first collapse along the central axis of the anode. On the other hand, as a result of the formation and heating, all particles of the plasma vortex acquire a rotational motion and, accordingly, centrifugal forces arise that deflect the plasma particles from the central axis of the anode, which coincides with the axis of rotation of the plasma vortex.

4. Расположение многозаходных спиралей на концах электродов.4. The location of multi-helix at the ends of the electrodes.

В отличие от первого аналога во втором аналоге многозаходные электропроводные спирали для создания аксиальной компоненты магнитного поля не разрушаются во время разряда. Положительный момент от этого, применительно к термоядерной установке, понятно состоит в том, что примеси от металлов спиралей не загрязняют плазму. Но в отличие от первого аналога закрутка плазмы осуществляется только в конечной стадии пинча. Получается, что на стадии нагрева (разгона) токово-плазменной оболочки не применяется шир и азимутальный вращательный момент для стабилизации плазменных МГД-неустойчивостей.Unlike the first analogue, in the second analogue, multiple-conductive conductive spirals to create the axial components of the magnetic field are not destroyed during the discharge. The positive point from this, in relation to a thermonuclear installation, clearly consists in the fact that impurities from spiral metals do not pollute the plasma. But unlike the first analog, plasma swirling is carried out only in the final stage of the pinch. It turns out that at the stage of heating (acceleration) of the current-plasma shell, the shear and azimuthal torque are not used to stabilize the plasma MHD instabilities.

Не решается к тому же проблема увеличения затраты энергии на паразитную индуктивность газоразрядной камеры при возрастании вкладываемой в разряд энергии. Если не принимать во внимание наличие спиральных прорезей на концах электродов, импульсного напуска рабочего газа или плазмы через быстродействующий клапан и наличие корпуса установки вместо того, чтобы катод был корпусом - установка по второму аналогу схожа по конфигурации с плазменным фокусом мейзеровского типа. Можно сказать, что обе установки принципиально, до конечной стадии, разряда работают одинаково - это коаксиальные плазменные ускорители.Moreover, the problem of increasing the energy consumption for the parasitic inductance of the gas discharge chamber with increasing energy invested in the discharge is not solved. If you do not take into account the presence of spiral slots at the ends of the electrodes, pulsed inlet of the working gas or plasma through a high-speed valve and the presence of the casing instead of the cathode, the installation is similar in configuration to the Meyser type plasma focus in the second analogue. We can say that both installations fundamentally, until the final stage of the discharge work the same way - they are coaxial plasma accelerators.

У плазменного фокуса мейзеровского типа существует недостаток с электротехнической природой, заключающийся в ограничении роста тока разряда при увеличении энергетики установки при неизменном рабочем напряжении, что в итоге приводит к насыщению нейтронного выхода (стр. 5, В.Я. Никулин, С.Н. Полухин «К вопросу о нейтронном скэйлинге плазменного фокуса. Электротехнический подход». Препринт ФИАН №12, Москва 2006). Так рост энергетики при постоянном напряжении зарядки батареи сопровождается увеличением количества параллельно включенных конденсаторов, что приводит к падению индуктивности батареи. С другой стороны увеличение емкости батареи ведет к увеличению длительности разряда и к неизбежному увеличению длины электродов разрядной камеры для сохранения условия согласования момента прихода токовой оболочки к оси установки с максимумом тока. В итоге наступает момент, когда амплитуда тока уже определяется индуктивностью камеры, а не конденсаторной батареи. Более того, дальнейшее увеличение емкости батареи уже не сопровождается повышением тока разряда, вследствие увеличения индуктивности камеры. Происходит насыщение тока разряда и соответственно насыщение нейтронного выхода. Увеличение энергетики плазмофокусных установок (применительно к аналогу заявляемого изобретения можно переиначить - коаксиальных ускорителей плазмы) осуществляется, как правило, за счет увеличения емкости конденсаторного накопителя при постоянном напряжении зарядки батареи, т.е. путем увеличения количества параллельно включенных конденсаторов. Так как увеличение емкости батареи ведет к увеличению длительности разряда, то для того чтобы выполнить условие согласования динамики токово-плазменной оболочки с длительностью импульса тока - кумуляция (применительно к аналогу заявляемого изобретения - образование плазменного вихря) токовой оболочки на оси установки в максимуме тока - необходимо увеличивать длину электродов разрядной камеры, что неизбежно приводит к увеличению индуктивности камеры. Тем самым дальнейшее увеличение емкости батареи уже не сопровождается повышением тока разряда. Происходит насыщение тока разряда и соответственно насыщение нейтронного выхода.There is a drawback of the Meyser type plasma focus with an electrotechnical nature, which consists in limiting the growth of the discharge current with increasing installation energy at a constant operating voltage, which ultimately leads to saturation of the neutron output (p. 5, V.Ya. Nikulin, S.N. Polukhin “On the issue of plasma focus neutron scaling. Electrotechnical approach.” Preprint of LPI No 12, Moscow 2006). So, the growth of energy at a constant voltage of charging the battery is accompanied by an increase in the number of parallel connected capacitors, which leads to a decrease in the inductance of the battery. On the other hand, an increase in the battery capacity leads to an increase in the duration of the discharge and to an inevitable increase in the length of the electrodes of the discharge chamber in order to preserve the conditions for matching the moment of arrival of the current shell to the installation axis with the maximum current. As a result, there comes a time when the amplitude of the current is already determined by the inductance of the camera, and not the capacitor bank. Moreover, a further increase in battery capacity is no longer accompanied by an increase in discharge current, due to an increase in the inductance of the camera. The discharge current is saturated and, accordingly, the neutron yield is saturated. The increase in the energy of plasma focus installations (in relation to the analogue of the claimed invention can be re-arranged - coaxial plasma accelerators) is carried out, as a rule, by increasing the capacitance of the capacitor drive at a constant voltage of charging the battery, i.e. by increasing the number of parallel capacitors. Since increasing the battery capacity leads to an increase in the duration of the discharge, in order to fulfill the condition for matching the dynamics of the current-plasma shell with the duration of the current pulse - cumulation (in relation to the analogue of the claimed invention - the formation of a plasma vortex) of the current shell on the installation axis at the maximum current is necessary increase the length of the electrodes of the discharge chamber, which inevitably leads to an increase in the inductance of the chamber. Thus, a further increase in battery capacity is no longer accompanied by an increase in discharge current. The discharge current is saturated and, accordingly, the neutron yield is saturated.

Коаксиальным плазменным ускорителям присущ также общеизвестный недостаток - снижение амплитуды ускоряющего плазму напряжения из-за заметного приращения индуктивности рабочей камеры во время разряда, что обусловлено так таки относительно большой длиной прямолинейной траектории ускорения частиц плазмы вдоль коаксиального зазора (стр. 373-377, Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. С.Ю. Лукьянов. Монография. Главная редакция физико-математической литературы издательства. Москва, «Наука», 1975 г.).A well-known drawback is also inherent in coaxial plasma accelerators - a decrease in the amplitude of the plasma accelerating voltage due to a noticeable increase in the inductance of the working chamber during the discharge, which is also caused by the relatively long length of the rectilinear acceleration path of plasma particles along the coaxial gap (p. 373-377, Hot plasma and controlled nuclear fusion. S. Yu. Lukyanov. Monograph. Main edition of the physical and mathematical literature of the publishing house. Moscow, Nauka, 1975).

Если рассмотреть два рассмотренных выше недостатка с позиций энергетической эффективности - подсчета термоядерного кпд установки, то тогда получается ситуация, что и до момента нейтронного насыщения рост вкладываемой энергии в плазменный ускоритель будет сопровождаться паразитными затратами электроэнергии от импульсного источника питания на пропорциональный рост индуктивности газоразрядной камеры. Имеет место техническое противоречие - чтобы вложить в разряд больше энергии, частицы плазмы должны пройти при этом более удлиненную траекторию ускорения, но при прямолинейном участке разгона размеры коаксиального ускорителя, а значит, и его паразитная индуктивность возрастают.If we consider the two drawbacks discussed above from the standpoint of energy efficiency - the calculation of the thermonuclear efficiency of the installation, then the situation is that even before the moment of neutron saturation, the increase in the energy input into the plasma accelerator will be accompanied by spurious energy consumption from the switching power supply for a proportional increase in the inductance of the gas discharge chamber. There is a technical contradiction - in order to put more energy into the discharge, the plasma particles must go along a longer elongated acceleration path, but with a rectilinear acceleration section, the dimensions of the coaxial accelerator, and hence its parasitic inductance, increase.

Решением данного технического противоречия могло бы стать придание частицам плазмы при ускорении в коаксиальном канале спирального движения. В отличие от прямолинейного движения плазмы, как во втором аналоге, спиральное движение позволило бы при той же длине электродов намного увеличить путь ускорения плазмы. Подобное явление во втором аналоге имеет место в конце пинча - частицы в образовавшемся плазменном вихре имеют пробеги, которые значительно превышают и размеры электродов, над которыми эти частицы кружатся и габариты самого тороидального вихря. Но в отличие от первого аналога спирали закрутки плазмы во втором аналоге не работают даже кратковременно в начале пинча.The solution to this technical contradiction could be to impart to the particles of the plasma during acceleration in the coaxial channel a spiral motion. In contrast to the rectilinear motion of the plasma, as in the second analogue, the spiral motion would make it possible to increase the plasma acceleration path for the same length of electrodes. A similar phenomenon in the second analogue takes place at the end of the pinch - the particles in the resulting plasma vortex have paths that significantly exceed the dimensions of the electrodes over which these particles circulate and the dimensions of the toroidal vortex itself. But unlike the first analogue, the plasma swirl spirals in the second analogue do not work even briefly at the beginning of the pinch.

В качестве прототипа по совокупности признаков, наиболее близких к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, выбрано устройство для получения импульсного рентгеновского и нейтронного излучения: а.с. №347006, Н.Г. Макеев, Т.И. Филиппова и Н.В. Филиппов «Плазменный источник проникающего излучения», кл. МПК H05H 1/06, опубл. в БИ №4, 1995 г. Плазменный источник проникающего излучения состоит из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и импульсного источника электрического питания. Электроды выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейной образующей, в частном случае представляющей собой напряжение эллиптической дуги с отрезком прямой, наклоненной к оси камеры. Внутренний электрод, служащий анодом, крепится на цилиндрическом вводе, окруженном изолятором. Ввод внутреннего электрода имеет диаметр, меньший диаметра рабочей части внутреннего электрода. Изолятор между электродами, выполненный, например, из алунда, имеет цилиндрическую форму. На внешнем электроде, являющемся катодом, в непосредственной близости от изолятора выполнены цилиндрические углубления. Они расположены равномерно по окружности, центр которой находится на оси камеры, и служат для привязки начала разряда с целью равномерного распределения тока в разрядной камере.As a prototype for the totality of signs closest to the set of essential features of the claimed invention, a device for producing pulsed x-ray and neutron radiation is selected: No. 347006, N.G. Makeev, T.I. Filippova and N.V. Filippov “Plasma source of penetrating radiation”, cl. IPC H05H 1/06, publ. in BI No. 4, 1995. A plasma source of penetrating radiation consists of a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes, and a pulsed electric power source. The electrodes are made in the form of coaxial electrically conductive bodies of revolution located in one another with a curvilinear generatrix, in a particular case representing the voltage of an elliptical arc with a straight segment inclined to the camera axis. The internal electrode serving as the anode is mounted on a cylindrical input surrounded by an insulator. The input of the inner electrode has a diameter smaller than the diameter of the working part of the inner electrode. The insulator between the electrodes, made, for example, of alunda, has a cylindrical shape. On the external electrode, which is the cathode, in the immediate vicinity of the insulator, cylindrical recesses are made. They are located uniformly around a circle, the center of which is on the axis of the chamber, and serve to bind the beginning of the discharge in order to evenly distribute the current in the discharge chamber.

Работает устройство-прототип следующим образом. После подачи напряжения от импульсного источника на анод вблизи изолятора формируется цилиндрическая плазменная оболочка, имеющая волокнистую структуру. Под действием электродинамических сил плазменная оболочка отходит от изолятора и движется с ускорением по межэлектродному зазору к области фокусировки, которая находится на оси разрядной камеры вблизи поверхности анода со стороны камеры, противоположной изолятору. Формирующийся при разряде плазменный фокус является источником нейтронов и рентгеновских лучей.The prototype device works as follows. After applying voltage from a pulsed source to the anode, a cylindrical plasma shell having a fibrous structure is formed near the insulator. Under the action of electrodynamic forces, the plasma shell moves away from the insulator and moves with acceleration along the interelectrode gap to the focusing region, which is located on the axis of the discharge chamber near the anode surface from the side of the chamber opposite the insulator. The plasma focus formed during the discharge is a source of neutrons and x-rays.

Совокупность признаков прототипа, сходная с совокупностью существенных признаков заявляемого устройства следующая:The set of features of the prototype, similar to the set of essential features of the claimed device is as follows:

1) импульсного источника электрического питания;1) a pulse source of electrical power;

2) газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды;2) a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes;

3) электроды выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейными образующими;3) the electrodes are made in the form of coaxial electrically conductive bodies of revolution located in one another with curvilinear generators;

4) внутренний электрод является анодом;4) the internal electrode is the anode;

5) катод заодно служит корпусом камеры;5) at the same time, the cathode serves as the camera body;

6) вокруг токоввода анода установлен изолятор, имеющий внутри камеры между торцами электродов наружную цилиндрическую поверхность с диаметром, меньшим диаметра рабочей части анода;6) an insulator is installed around the anode current lead, having an outer cylindrical surface with a diameter smaller than the diameter of the working part of the anode inside the chamber between the ends of the electrodes;

7) через центральное отверстие в катоде пропущены изолятор и токоввод анода;7) an insulator and anode current lead are passed through the central hole in the cathode;

8) токоввод катода размещен возле его центрального отверстия.8) the cathode current lead is placed near its central hole.

Причины, препятствующие повышению термоядерного кпд, при работе прототипа следующие.The reasons that hinder the increase of thermonuclear efficiency during the operation of the prototype are as follows.

1. Отсутствие технических средств изменяющих геометрическую структуру плазменного фокуса, которая препятствует совершенствованию плазмофокусных установок.1. The lack of technical means that change the geometric structure of the plasma focus, which prevents the improvement of plasma focus systems.

Как известно, механизм образования плазменного фокуса следующий. При кумуляции токово-плазменной оболочки (стр. 36-37, Никулин Валерий Яковлевич, рукопись. На правах рукописи - Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук «Сильноточный разряд типа плазменный фокус. Физические процессы и применения в технологиях». Физический институт им. П.Н. Лебедева, Москва, 2007) на оси камеры происходит быстрое сжатие (пинчевание) плазмы вблизи поверхности анода до некоторого минимального, за все время пинча, радиуса. За максимальным сжатием следует небольшое расширение пинча, а на его поверхности развивается Рэлей-Тейлоровская неустойчивость типа перетяжек с длиной волны в 2-10 раз меньше полной длины плазменного столба, приводящая к возникновению второго сжатия плазмы. Диаметр плазменного цилиндра в 1-м сжатии 0,3-1,5 см, во втором 0,1-0,5 см. За счет вытекания большой массы плазмы в процессе сжатия вверх из-за нецилиндричности оболочки и выброса по радиусу (за счет развития неустойчивостей пинча) значительная часть энергии передается малому количеству остающегося вещества. В этом магнитогидродинамическом режиме осуществляется эффективный нагрев плазмы при сжатии.As is known, the mechanism of plasma focus formation is as follows. When cumulating the current-plasma shell (pp. 36-37, Valery Nikulin, manuscript. On the rights of the manuscript - The dissertation for the degree of Doctor of Physics and Mathematics “High-current discharge of the plasma focus type. Physical processes and applications in technology.” Physical Institute named after PN Lebedev, Moscow, 2007) on the camera axis there is a rapid compression (pinching) of the plasma near the surface of the anode to a certain minimum, for the entire time of the pinch, radius. The maximum compression is followed by a slight expansion of the pinch, and the Rayleigh – Taylor instability of the type of constrictions with a wavelength of 2–10 times less than the total length of the plasma column develops on its surface, leading to the appearance of a second plasma compression. The diameter of the plasma cylinder in the 1st compression is 0.3-1.5 cm, in the second it is 0.1-0.5 cm. Due to the outflow of a large mass of plasma during compression upwards due to the non-cylindrical shape of the shell and radial emission (due to development of pinch instabilities) a significant part of the energy is transferred to a small amount of the remaining substance. In this magnetohydrodynamic regime, the plasma is efficiently heated under compression.

Образующаяся зона высокотемпературной плазмы является интенсивным источником излучений и названа плазменным фокусом.The resulting zone of high-temperature plasma is an intense source of radiation and is called the plasma focus.

Полученный плазменный сгусток - плазменный фокус имеет относительно небольшие размеры по сравнению с размерами газоразрядной камеры плазмофокусных установок.The resulting plasma clot — the plasma focus — is relatively small in comparison with the dimensions of the gas discharge chamber of the plasma focus units.

К примеру (стр. - 5; 13, В.Я. Никулин, С.Н. Полухин «К вопросу о нейтронном скэйлинге плазменного фокуса. Электротехнический подход». Препринт ФИАН №12, Москва 2006), у установки ПФ-3 ИЯС РНЦ «Курчатовский институт» плазменный столб фокуса имеет высоту около 5 см, а максимальный диаметр пинча около 1,5 см (как сказано выше). В то же время диаметр катода (то есть - корпуса газоразрядной камеры) чуть больше одного метра и равен - 116 см, а диаметр анода равен одному метру. Правда, эти значения даны для не термоядерных режимов - без дейтерия в камере.For example (p. - 5; 13, V. Ya. Nikulin, S. N. Polukhin “On the issue of neutron scaling of the plasma focus. Electrotechnical approach.” Preprint FIAN No 12, Moscow 2006), at the PF-3 INS RRC Kurchatov Institute The plasma column of focus has a height of about 5 cm and a maximum pinch diameter of about 1.5 cm (as mentioned above). At the same time, the diameter of the cathode (i.e., the body of the gas discharge chamber) is slightly more than one meter and is equal to 116 cm, and the diameter of the anode is one meter. True, these values are given for non-thermonuclear modes - without deuterium in the chamber.

К тому же примеру другой источник указывает, что характерные размеры фокуса для термоядерных плазмофокусных установок (стр. 613, Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров Ред. кол. Д.М. Алексеев, A.M. Балдин, A.M. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. - М.: Большая Российская энциклопедия. Т. 3. Магнитоплазменный - Пойнтинга теорема. 1992. 672 с., ил.) лежат в пределах 0,01-3 см.In addition to another example, another source indicates that the characteristic focus sizes for thermonuclear plasmofocus units (p. 613, Physical Encyclopedia / Ed. By A.M. Prokhorov Ed. By D.M. Alekseev, AM Baldin, AM Bonch-Bruevich A.S. Borovik-Romanov et al. - M.: Big Russian Encyclopedia. T. 3. Magnetoplasmic - Poynting's theorem. 1992. 672 p., Ill.) Are in the range of 0.01-3 cm.

Это тоже относительно малые величины по сравнению с размерами электродов - для установки ПФ-400 Тюльпан ФИАН (стр. 45, Никулин Валерий Яковлевич, рукопись. На правах рукописи - Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук «Сильноточный разряд типа плазменный фокус. Физические процессы и применения в технологиях». Физический институт им. П.Н. Лебедева, Москва, 2007) с Филипповской геометрией диаметр катода - 50 см, а диаметр анода соответственно - 40 см.These are also relatively small values in comparison with the sizes of the electrodes - for installing the PF-400 Tulip FIAN (p. 45, Valery Nikulin, manuscript. On the rights of the manuscript - The dissertation for the degree of Doctor of Physics and Mathematics “High-current discharge like plasma focus. Physical processes and applications in technologies. ”PN Lebedev Physical Institute, Moscow, 2007) with Filippov geometry, the cathode diameter is 50 cm and the anode diameter is 40 cm, respectively.

С одной стороны, по сравнению с существующими пинчевыми системами плазменный фокус характеризуется наиболее высокой эффективностью сжатия плазмы (стр. 613, Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Балдин, A.M. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. - М.: Большая Российская энциклопедия. Т. 3. Магнитоплазменный - Пойнтинга теорема. 1992. 672 с., ил.) и соответственно большей концентрацией энергии в единице объема пинча. Так, при плоском сжатии плотность плазмы повышается примерно в 4 раза, в цилиндрической камере с учетом отражения ударной волны - в 33 раза, а в случае фокусировки в результате частичного выброса массы на ограниченном по высоте участке вдоль оси (к примеру - 5 см у установки ПФ-3) плотность повышается в 103 раз (с учетом снижения энтропии).On the one hand, in comparison with existing pinch systems, the plasma focus is characterized by the highest plasma compression efficiency (p. 613, Physical Encyclopedia / Ed. By A.M. Prokhorov. Ed. By. D.M. Alekseev, A.M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, AS Borovik-Romanov, etc. - M .: Big Russian Encyclopedia. T. 3. Magnetoplasmic - Poynting's theorem. 1992. 672 p., Ill.) And, accordingly, a higher energy concentration in unit pinch volume. So, with plane compression, the plasma density increases by about 4 times, in a cylindrical chamber, taking into account the reflection of the shock wave, by 33 times, and in the case of focusing as a result of a partial ejection of mass on a portion of a height limited along the axis (for example, 5 cm near the installation PF-3) the density increases by 10 3 times (taking into account the decrease in entropy).

Данная характеристика - высокая эффективность пинчевания плазменного фокуса указывает на целесообразность введения фокусировки плазменный вихрь в газоразрядные установки по второму аналогу.This characteristic, the high efficiency of pinching the plasma focus, indicates the advisability of introducing focusing of the plasma vortex into gas-discharge installations according to the second analogue.

С другой стороны, если брать только саму плазмофокусную установку и сравнивать в ней величину вложенной энергии в фокус с величиной всей энергии, полученной от импульсного источника питания - конденсаторной батареи, имеют место небольшие величины.On the other hand, if we take only the plasma focus unit itself and compare the value of the energy invested in the focus with the value of all the energy received from the switching power supply - a capacitor bank, small values occur.

Так разработчики и экспериментаторы говорят (стр. 109, Всесоюзный институт научной и технической информации. Итоги науки и техники. Серия Физика плазмы. Том 2. Редактор - B.Д. Шафранов. Москва. 1981) о энергосодержании фокуса порядка 10% энергии батареи.So developers and experimenters say (p. 109, All-Union Institute of Scientific and Technical Information. Results of Science and Technology. Plasma Physics Series. Volume 2. Editor - VD Shafranov. Moscow. 1981) about the focus energy content of about 10% of the battery energy.

Теоретики, говоря о плазменном сгустке, возникающем уже при втором сжатии плазмы, предсказывают (стр. 240; 243, Вопросы теории плазмы. Сб. статей. Вып. 8. Под ред. Акад. М.А. Леонтовича. М., Атомиздат, 1974, с. 384.) всего 3% вложенной энергии в фокус от величины энергии батареи.Theorists, speaking of a plasma clot that occurs already during the second compression of the plasma, predict (p. 240; 243, Questions of the theory of plasma. Collection of articles. Issue 8. Edited by Academician MA Leontovich. M., Atomizdat, 1974, p. 384.) Only 3% of the energy invested in the focus of the battery energy.

Столь малые величины относительного энерговклада в плазменном фокусе можно объяснить малой массой плазмы в фокусе. Если в катоде сделать центральное отверстие (стр. 217-218, Л.А. Арцимович. Управляемые термоядерные реакции. Государственное издательство физико-математической литературы. Москва. 1961), а плазмофокусную установку использовать в качестве инжектора плазмы (плазменной пушки), то в результате первых экспериментов на небольших маломощных установках была получена величина массы выбрасываемого «снаряда» - плазменного фокуса, всего несколько десятых долей процента от общей массы газа в разрядной камере.Such small values of the relative energy deposition in the plasma focus can be explained by the small mass of the plasma in the focus. If a central hole is made in the cathode (p. 217-218, L. A. Artsimovich. Controlled thermonuclear reactions. State Publishing House of Physics and Mathematics. Moscow. 1961), and a plasma focus installation is used as a plasma injector (plasma gun), then As a result of the first experiments on small low-power installations, the mass of the ejected “projectile” —the plasma focus — was obtained, only a few tenths of a percent of the total mass of gas in the discharge chamber.

Не спасло ситуацию повышение энерговклада на последующих плазмофокусных установках.An increase in the energy input at subsequent plasma focusing installations did not save the situation.

На установках мегаджоульного диапазона наблюдаются насыщения (стр. 166-167; 173, Никулин Валерий Яковлевич, рукопись. На правах рукописи - Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук «Сильноточный разряд типа плазменный фокус. Физические процессы и применения в технологиях». Физический институт им. П.Н. Лебедева, Москва, 2007) выходов нейтронного и жесткого рентгеновского излучения. Рост энерговклада в разряд в мегаджоульных установок не сопровождается ростом проникающих излучений.Saturations are observed on megajoule range installations (pp. 166-167; 173, Valery Nikulin, Nikulin, manuscript. On the rights of the manuscript - The dissertation for the degree of Doctor of Physics and Mathematics “High-current discharge like plasma focus. Physical processes and applications in technologies”. PN Lebedev Physical Institute, Moscow, 2007) neutron and hard x-ray radiation outputs. The increase in energy input into discharge in megajoule installations is not accompanied by an increase in penetrating radiation.

Другими словами при любой энергетике существующие плазмофокусные установки имеют относительно небольшой по размерам и энергосодержанию плазменный фокус.In other words, for any energy industry, existing plasma focus units have a relatively small plasma focus in size and energy content.

Получается при работе классических плазмофокусных установок возникает техническое противоречие - с одной стороны, надо обеспечить как можно более компактную фокусировку плазмы, с другой стороны - компактный линейный пинч, получаемый при фокусировке, приводит к малым значениям процента фокусируемой плазмы, процента вкладываемой энергии в фокус и невозможность роста вкладываемой энергии в мегаджоулевых областях.It turns out that when working with classical plasma-focusing systems, a technical contradiction arises - on the one hand, it is necessary to provide as compact plasma focusing as possible, on the other hand, a compact linear pinch obtained by focusing results in small percentages of the focused plasma, the percentage of energy input into the focus, and impossibility growth of energy input in megajoule areas.

2. Наличие движения токово-плазменной оболочки от периметра анода по его верхней поверхности к центру фокусировки.2. The presence of movement of the current-plasma shell from the perimeter of the anode along its upper surface to the center of focusing.

Общеизвестно, что стабилизация плазменных неустойчивостей при некоторых условиях может осуществляться самопроизвольно как переход в энергетически более выгодное состояние, когда вследствие развития неустойчивости происходит подстройка процессов переноса частиц и энергии таким образом, чтобы реализовывались устойчивые распределения тока. Такая самоорганизация плазмы наиболее отчетливо проявляется в токовых системах - токамаках и пинчах с обращенным магнитным полем (стр. 656-658, Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Балдин, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. - М.: Большая Российская энциклопедия. Т. 4 Пойнтинга-Робертсона-Стримеры, 1994, 704 с., ил.).It is well known that stabilization of plasma instabilities under certain conditions can occur spontaneously as a transition to an energetically more favorable state when, due to the development of instability, the processes of particle and energy transfer are adjusted in such a way that stable current distributions are realized. Such plasma self-organization is most clearly manifested in current systems — tokamaks and pinches with a reversed magnetic field (pp. 656-658, Physical Encyclopedia / Ed. By A.M. Prokhorov. Ed. By D.M. Alekseev, A.M. Baldin, A.M. Bonch-Bruevich, A.S. Borovik-Romanov, etc. - M .: Big Russian Encyclopedia. T. 4 Poynting-Robertson-Streamers, 1994, 704 pp., Ill.).

При исследовании плазменного фокуса со сферической камерой, созданного как частный случай устройства-прототипа, было установлено, что начальная фаза движения плазменной оболочки в СФК от изолятора до экваториальной зоны камеры подчиняется законам динамики оболочки в обратном Z-пинче (Разработка и исследование сферических камер с плазменным фокусом. Н.Г. Макеев, В.Г. Румянцев, Г.Н. Черемухин - страница сайта http://pandiaweb.ru/text/77/309/52969.php интернет-издания Pandia.ru). Это обеспечивает авторегулировку скорости движения различных участков оболочки и улучшает ее осевую симметрию.In the study of the plasma focus with a spherical chamber, created as a special case of the prototype device, it was found that the initial phase of the motion of the plasma shell in the SFC from the insulator to the equatorial zone of the chamber obeys the laws of shell dynamics in the inverse Z-pinch (Development and study of spherical chambers with plasma focus N.G. Makeev, V.G. Rumyantsev, G.N. Cheremukhin - page of the site http://pandiaweb.ru/text/77/309/52969.php of the online publication Pandia.ru). This provides automatic adjustment of the speed of movement of various sections of the shell and improves its axial symmetry.

В устройстве-прототипе, естественно, как и в плазменном фокусе со сферической камерой при движении токово-плазменной оболочки от изолятора к периметру эллипсоида анода, также будет наблюдаться авторегулировка скорости движения различных участков оболочки и улучшение ее осевой симметрии.In the prototype device, of course, as in a plasma focus with a spherical chamber, when the current-plasma shell moves from the insulator to the perimeter of the anode ellipsoid, auto-adjustment of the speed of movement of various sections of the shell and improvement of its axial symmetry will also be observed.

К сожалению - далее токово-плазменная оболочка начинает двигаться к центру поверхности анода с уменьшением своего радиуса и как классический Z-пинч становится подверженной плазменной неустойчивости типа перетяжки.Unfortunately, then the current-plasma shell begins to move toward the center of the anode surface with a decrease in its radius and, as a classical Z-pinch, becomes susceptible to plasma instability of the type of constriction.

3. Отсутствие технических средств создания шира и азимутального вращательного момента сжимаемой плазмы.3. The lack of technical means to create a shear and azimuthal torque of a compressible plasma.

Токово-плазменная оболочка в установках плазменного фокуса филипповского и мейзеровского типа, как общеизвестно имеет форму вогнутой со стороны плазмы поверхности. Под давлении динамического напора токово-плазменная оболочка в устройстве-прототипе тоже выпуклая навстречу сжимаемой плазмы. Получается автоматически своего рода магнитная яма, способствующая подавлению МГД-неустойчивостей на поверхности магнитного поршня.The current-plasma shell in the plasma focus setups of the Filipov and Maser type, as is well known, has the form of a surface concave from the side of the plasma. Under the pressure of dynamic pressure, the current-plasma shell in the prototype device is also convex towards the compressible plasma. It automatically produces a kind of magnetic well, which contributes to the suppression of MHD instabilities on the surface of the magnetic piston.

Однако только вогнутости токово-плазменной оболочки недостаточно для устранения всех МГД-неустойчивостей, так как токово-плазменная оболочка в установке плазменный фокус и сама сжимаемая плазма имеют неоднородную структуру с разрывами плотности.However, only the concavity of the current-plasma shell is insufficient to eliminate all MHD instabilities, since the current-plasma shell in the setup, the plasma focus and the compressible plasma itself have an inhomogeneous structure with density discontinuities.

Токово-плазменная оболочка на начальных стадиях развития плазменного фокуса имеет волокнистую структуру, что в дальнейшем приводит к развитию нежелательных плазменных неустойчивостей (стр. 93-95, Всесоюзный институт научной и технической информации. Итоги науки и техники. Серия Физика плазмы. Том 2. Редактор - В.Д. Шафранов. Москва, 1981). В момент подачи высокого напряжения на анод возникает электрическое поле с максимумом на границе катод-изолятор. С этой кромки волна ионизации начинает распространяться вдоль поверхности изолятора и доходит до анодной кромки. С этого момента времени электрическое поле практически постоянно и достигает нескольких кВ/см. Газовый промежуток является омической нагрузкой, в которой продолжается рост проводимости за счет ионизации газа (дейтерия). При этом наличие небольшого градиента электрического поля при удалении от изолятора приводит к резкой неоднородности ионизации - «ионизационному скинированию тока» вблизи изолятора. В этой стадии проявляются внешние признаки газового разряда - зарождение анодных пятен, дающих начало азимутальной структуре тока (формированию токовых волокон), а также появлению поперечных страт. Эти страты соответствуют чередованию участков различной плотности и температуры вдоль токового волокна. Образовавшаяся волокнистая токово-плазменная оболочка под действием пондеромоторной силы тока начинает движение к оси установки и толкает перед собой ударную волну. В процессе движения токово-плазменная оболочка сжимается, принимает форму воронки с горловиной к аноду, и токовые волокна смыкаются. При этом образовавшиеся ранее страты могут инициировать развитие МГД-неустойчивости плазменного столба на стадии образования плазменного фокуса.The current-plasma shell at the initial stages of the development of the plasma focus has a fibrous structure, which subsequently leads to the development of undesirable plasma instabilities (pp. 93-95, All-Union Institute of Scientific and Technical Information. Results of Science and Technology. Plasma Physics. Volume 2. Editor - V.D. Shafranov. Moscow, 1981). When a high voltage is applied to the anode, an electric field arises with a maximum at the cathode-insulator boundary. From this edge, an ionization wave begins to propagate along the surface of the insulator and reaches the anode edge. From this moment in time, the electric field is almost constant and reaches several kV / cm. The gas gap is an ohmic load in which conductivity continues to increase due to ionization of the gas (deuterium). Moreover, the presence of a small gradient of the electric field when moving away from the insulator leads to a sharp inhomogeneity of ionization - “ionization current screening” near the insulator. At this stage, the external signs of a gas discharge are manifested — the nucleation of anode spots giving rise to the azimuthal current structure (formation of current fibers), as well as the appearance of transverse striations. These strata correspond to the alternation of sections of different densities and temperatures along the current fiber. The resulting fibrous current-plasma shell under the action of the ponderomotive current begins to move to the axis of the installation and pushes the shock wave in front of it. In the process of movement, the current-plasma shell contracts, takes the form of a funnel with a neck to the anode, and the current fibers close. Moreover, the previously formed strata can initiate the development of MHD instability of the plasma column at the stage of formation of the plasma focus.

Помимо поперечных структур - страт имеются и продольные азимутальные структуры, порожденные волокнистой природой токово-плазменной оболочки, препятствующие как образованию плазменного фокуса, так и сгребанию газа токово-плазменной оболочкой к оси фокусировки (стр. 148, 149; 161, 163, Никулин Валерий Яковлевич, рукопись. На правах рукописи - Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук «Сильноточный разряд типа плазменный фокус. Физические процессы и применения в технологиях», Физический институт им. П.Н. Лебедева, Москва, 2007). Во-первых это «триаксы». На стадии, предшествующей первому сжатию, ток имеет волокнистую структуру, магнитное поле вблизи оси приобретает мультипольный характер, и на оси ПФ может возбудиться ток противоположного направления, который, замыкаясь сам на себя, образует петлю. Это приведет к торможению плазмы и образованию на какое-то время (вплоть до рассасывания и диссипации этого тока) квазиравновесной конфигурации типа «триакс» с волокнистой структурой. Во-вторых, это филаментная структура токово-плазменной оболочки. Абсолютный выход жестких излучений установок типа плазменный фокус во многом зависит от того, насколько эффективно токово-плазменная оболочка сгребает рабочий газ. Остаточный газ может вызвать вторичные пробои вблизи изолятора и тем самым зашунтировать ток, идущий через пинч. Причина образования второй токовой оболочки связана с филаментацией первой токовой оболочки, вследствие чего она не полностью сгребает рабочий газ. В свою очередь, причинами филаментации является искажение равномерности развития однородности азимутальной волокнистой структуры токово-плазменной оболочки, что обусловлено двумя причинами: наличием в токовой оболочке примесей из конструкционных материалов разрядной камеры и перегрев оболочки. Примеси уменьшают проводимость оболочки, увеличивают, разрыхляют ее скин-слой, что ведет к возникновению крупномасштабных неоднородностей. Перегрев оболочки связан с существованием предела, ограничивающего перенос энергии батареи на единицу поверхности плазменной оболочки и рабочей поверхности изолятора, выше которого развивается так называемая перегревная неустойчивость.In addition to the transverse structures - striations, there are also longitudinal azimuthal structures generated by the fibrous nature of the current-plasma shell, preventing both the formation of a plasma focus and the raking of gas by the current-plasma shell to the focus axis (p. 148, 149; 161, 163, Valery Nikulin, Nikulin , manuscript. On the rights of the manuscript - The dissertation for the degree of Doctor of Physics and Mathematics "High-current discharge of the plasma focus type. Physical processes and applications in technology", PN Lebedev Physical Institute, Moscow, 2007). Firstly, these are the “triaxes”. At the stage preceding the first compression, the current has a fibrous structure, the magnetic field near the axis acquires a multipole character, and the opposite direction current can be excited on the PF axis, which, closing on itself, forms a loop. This will lead to plasma deceleration and the formation for some time (up to the absorption and dissipation of this current) of a quasi-equilibrium configuration of the Triax type with a fibrous structure. Secondly, this is the filament structure of the current-plasma membrane. The absolute yield of hard radiation from a plasma focus type installation largely depends on how efficiently the current-plasma shell rakes the working gas. Residual gas can cause secondary breakdowns near the insulator and thereby shunt the current flowing through the pinch. The reason for the formation of the second current shell is associated with the filamentation of the first current shell, as a result of which it does not completely rake the working gas. In turn, the causes of filamentation are a distortion of the uniformity of development of the uniformity of the azimuthal fibrous structure of the current-plasma shell, which is due to two reasons: the presence in the current shell of impurities from the structural materials of the discharge chamber and overheating of the shell. Impurities reduce the conductivity of the shell, increase and loosen its skin layer, which leads to the appearance of large-scale inhomogeneities. Overheating of the shell is associated with the existence of a limit restricting the transfer of battery energy per unit surface of the plasma shell and the working surface of the insulator, above which the so-called overheating instability develops.

Некомпенсированные магнитной ямой в плазменном фокусе МГД-неустойчивости можно было бы подавить, как в устройствах-аналогах, за счет шира токово-плазменной оболочки и азимутального вращательного момента сжимаемой плазмы. Однако в установке-прототипе отсутствуют многозаходные токовые спирали для закрутки плазмы.Uncompensated by a magnetic well in the plasma focus of MHD instability could be suppressed, as in analog devices, due to the width of the current-plasma shell and the azimuthal rotational moment of a compressible plasma. However, in the installation of the prototype there are no multi-current current spirals for plasma swirling.

4. Отсутствие шира негативно отразится на сгребании рабочего газа вновь создаваемой плазмофокусной установки, если в ней будет присутствовать только движение токово-плазменной оболочки, как в обратном пинче - от центра к периметру с увеличением радиуса оболочки.4. The absence of a shear will negatively affect the raking of the working gas of the newly created plasma focus installation if it contains only the movement of the current-plasma shell, as in the inverse pinch, from the center to the perimeter with an increase in the radius of the shell.

Дело в том, что в установке-прототипе токовые волокна вначале расходятся друг от друга на нижней стороне анода - как в обратном пинче, но потом все таки слипаются при фокусировке на верхней стороне анода.The fact is that in the prototype installation, the current fibers initially diverge from each other on the lower side of the anode - as in the reverse pinch, but then they still stick together when focusing on the upper side of the anode.

Если конструктивно создать условия только для расширения зазора между волокнами оболочки - то между не спутанными прямыми волокнами будет наблюдаться просачивание сгребаемого рабочего газа.If constructive conditions are created only to expand the gap between the fibers of the sheath, then leakage of the raked working gas will be observed between the non-tangled straight fibers.

5. Аксиальное прямолинейное движение частиц плазмы при нагреве.5. Axial rectilinear motion of plasma particles upon heating.

Предложенная система электродов в устройстве-прототипе обеспечивает протяженную фазу ускоренного движения плазменной оболочки в коаксиальном зазоре (как у Мейзера) и быстротечную фазу радиального схождения ее к оси камеры (как у Филиппова). В то же время радиальное прямолинейное движение токово-плазменной оболочки при протяженной фазе ускоренного движения (под низом анода) приводит, как и у коаксиальных плазменных ускорителей, к снижению амплитуды ускоряющего плазму напряжения из-за заметного приращения индуктивности рабочей камеры во время разряда, что обусловлено относительно большой длиной прямолинейной траектории ускорения частиц плазмы вдоль коаксиального зазора. Подобно второму аналогу и у прототипа имеет место техническое противоречие - чтобы вложить в разряд больше энергии частицы плазмы должны пройти при этом более удлиненную траекторию ускорения, но при прямолинейном участке разгона размеры коаксиального ускорителя, а значит, и его паразитная индуктивность возрастают.The proposed electrode system in the prototype device provides an extended phase of the accelerated movement of the plasma shell in the coaxial gap (like Maser) and a fleeting phase of its radial convergence to the camera axis (like Filippov). At the same time, the radial rectilinear motion of the current-plasma shell during an extended phase of accelerated motion (under the bottom of the anode) leads, as in coaxial plasma accelerators, to a decrease in the amplitude of the plasma-accelerating voltage due to a noticeable increment in the inductance of the working chamber during the discharge, which is caused by the relatively large length of the rectilinear path of plasma particle acceleration along the coaxial gap. Like the second analogue, the prototype also has a technical contradiction - in order to put more energy into the discharge, the plasma particles must go along a longer elongation path, but with a rectilinear acceleration section, the dimensions of the coaxial accelerator, and hence its parasitic inductance, increase.

6. Уменьшение площади токово-плазменной оболочки при ее схождении к схлопыванию.6. The decrease in the area of the current-plasma shell when it converges to collapse.

При быстротечной фазе радиального схождения к оси камеры вся токово-плазменная оболочка находится на верхней поверхности эллипсоида анода. При схождении токово-плазменной оболочки ее диаметр уменьшается - соответственно уменьшается площадь оболочки. А уменьшение площади может спровоцировать филаментацию за счет риска превышения предела, ограничивающего перенос энергии батареи на единицу поверхности плазменной оболочки, и соответственно развития перегревной неустойчивости.In the transient phase of radial convergence to the camera axis, the entire current-plasma shell is on the upper surface of the anode ellipsoid. With the convergence of the current-plasma shell, its diameter decreases - accordingly, the area of the shell decreases. A decrease in area can provoke filamentation due to the risk of exceeding the limit limiting the transfer of battery energy per unit surface of the plasma shell, and, accordingly, the development of overheating instability.

7. Малая площадь контакта горловины плазменной воронки с поверхностью анода. Из-за малой площади горловины плазменной воронки происходит испарение металлической поверхности анода с выбросом полученных примесей с большим атомным номером Z в плазму, и, как результат, снижение температуры плазмы.7. Small contact area of the neck of the plasma funnel with the surface of the anode. Due to the small area of the neck of the plasma funnel, the metal surface of the anode evaporates, and the resulting impurities with a large atomic number Z are released into the plasma, and, as a result, the plasma temperature decreases.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - с одной стороны. кардинально изменить геометрию плазменного сгустка в установке плазменный фокус и соответственно увеличить относительные величины размера, объема и вложенной энергии плазменного фокуса, а с другой стороны, компенсировать рост энергопотребления на формирование большего плазменного фокуса за счет:The technical problem to which the invention is directed is on the one hand. radically change the geometry of the plasma bunch in the plasma focus setup and, accordingly, increase the relative values of the size, volume, and energy input of the plasma focus, and, on the other hand, compensate for the increase in energy consumption for the formation of a larger plasma focus due to:

1) подавления МГД-неустойчивостей плазмы путем добавления к магнитной яме плазменного фокуса шира, вращательного момента плазмы и авторегулировки скорости движения различных участков токово-плазменных оболочек при их движении перпендикулярно цилиндрической поверхности изоляторов с симметричным увеличением радиусов вихрей;1) suppression of MHD instabilities of the plasma by adding to the magnetic well of the plasma focus of the shear, the plasma rotational moment, and automatically adjusting the speed of movement of various sections of the current-plasma shells when they move perpendicular to the cylindrical surface of the insulators with a symmetric increase in the radius of the vortices;

2) улучшения сгребания рабочего газа за счет шира на сгребающих токово-плазменных оболочках;2) improving raking of the working gas due to the shear on raking current-plasma shells;

3) использования центробежных сил от вращении плазмы для сжатии плазмы;3) the use of centrifugal forces from the rotation of the plasma to compress the plasma;

4) авторегулировки скорости движения различных участков токово-плазменных оболочек и улучшение их осевых симметрии;4) auto-adjusting the speed of movement of various sections of current-plasma shells and improving their axial symmetry;

5) снижения величины паразитной индуктивности камеры и ее численного роста при пинче;5) reducing the parasitic inductance of the chamber and its numerical growth with pinch;

6) заметного роста площади токово-плазменной оболочки на протяжении ее существования;6) a noticeable increase in the area of the current-plasma shell throughout its existence;

7) утилизации азимутальных составляющих тока токово-плазменной оболочки для схлопывания оболочек;7) utilization of the azimuthal components of the current of the current-plasma shell for the collapse of the shells;

8) роста во время пинча площади контакта горловины схлопывания токово-плазменных поверхностей на аноде.8) growth during pinch of the contact area of the neck of the collapse of the current-plasma surfaces on the anode.

Технический результат, ожидаемый от решения технической задачи при реализации заявленного изобретения - повышение термоядерного кпд газоразрядной установки с модернизированным плазменным фокусом.The technical result expected from the solution of the technical problem during the implementation of the claimed invention is to increase the thermonuclear efficiency of a gas-discharge installation with a modernized plasma focus.

Поставленная техническая задача решается благодаря установке с Z-пинчем, имеющей следующие характерные существенные признаки, совпадающие с характерными признаками устройства-прототипа:The technical task is solved thanks to the installation with a Z-pinch, which has the following characteristic essential features that match the characteristic features of the prototype device:

1) импульсный источник электрического питания;1) a pulse source of electrical power;

2) газоразрядная камера, заполненная изотопами водорода и содержащая газоразрядные электроды;2) a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes;

3) электроды выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейными образующими;3) the electrodes are made in the form of coaxial electrically conductive bodies of revolution located in one another with curvilinear generators;

4) внутренний электрод является анодом;4) the internal electrode is the anode;

5) катод заодно служит корпусом камеры;5) at the same time, the cathode serves as the camera body;

6) вокруг токоввода анода установлен изолятор, имеющий внутри камеры между торцами электродов наружную цилиндрическую поверхность с диаметром, меньшим диаметра рабочей части анода;6) an insulator is installed around the anode current lead, having an outer cylindrical surface with a diameter smaller than the diameter of the working part of the anode inside the chamber between the ends of the electrodes;

7) через центральное отверстие в катоде пропущены изолятор и токоввод анода;7) an insulator and anode current lead are passed through the central hole in the cathode;

8) токоввод катода размещен возле его центрального отверстия, добавлены следующие отличительные существенные признаки:8) the cathode current lead is placed near its central hole, the following distinctive essential features are added:

1) на катоде выполнено дополнительное центральное отверстие;1) an additional central hole is made at the cathode;

2) для катода и анода зеркально симметрично выполнены дополнительные токовводы и изолятор соответственно возле этого дополнительного центрального отверстия катода;2) for the cathode and anode, the additional current leads and the insulator are respectively symmetrically made near this additional central hole of the cathode;

3) два токоввода анода выполнены трубчатыми с зеркально симметричными многозаходными спиралями из наклонных прорезей;3) two current leads of the anode are made tubular with mirror-symmetric multi-start spirals from inclined slots;

4) спирали расположены по высоте в зонах напротив соответствующих зазоров между торцами электродов в камере;4) the spirals are arranged in height in zones opposite the corresponding gaps between the ends of the electrodes in the chamber;

5) наклонные прорези спиралей заполнены твердыми изоляторами.5) the inclined slots of the spirals are filled with solid insulators.

Совокупность всех существенных признаков модернизированной плазмофокусной установки приводит к устранению многообразия ее технических применений, что служит ключом к решению технической задачи по заявляемому изобретению. Если у классического плазменного фокуса можно проделать отверстие по центру в катоде для выстрелов плазменными столбчатыми сгустками, как снарядами в плазменном инжекторе, то в модернизированном пинче «выстрелы» производятся в виде единичных колец по круговому периметру вокруг анода. Применение модернизированного пинча в виде плазменной пушки для накачки термоядерных магнитных ловушек, плазменных выстрелов в военных электродинамических орудиях, плазменных космических ракетных движителях специально устраняется.The combination of all the essential features of a modernized plasma focus installation eliminates the diversity of its technical applications, which serves as the key to solving the technical problem of the claimed invention. If a classical plasma focus can be used to make a hole in the center of the cathode for shots with plasma columnar clots, like shells in a plasma injector, then in a modernized pinch “shots” are made in the form of single rings along a circular perimeter around the anode. The use of an upgraded pinch in the form of a plasma gun for pumping thermonuclear magnetic traps, plasma shots in military electrodynamic guns, and plasma space rocket propulsors is specially eliminated.

Чтобы сформировать в конце пинча плазменный фокус в виде кольца вокруг периметра рабочей части анода на оси зеркальной симметрии токовводов катода и анода в начале пинча, создаются по центру установки у двух изоляторов две симметричные токово-плазменные оболочки. Далее эти оболочки двигаются к периметру анода, где сталкиваются, начиная с подошв, своими боковыми поверхностями и образуют квазитороидальный пинч.In order to form a plasma focus at the end of the pinch in the form of a ring around the perimeter of the working part of the anode on the mirror symmetry axis of the cathode and anode current leads at the beginning of the pinch, two symmetric current-plasma shells are created at the center of the installation at two insulators. Further, these shells move to the perimeter of the anode, where they collide, starting from the soles, with their lateral surfaces and form a quasitoroidal pinch.

Следующие существенные отличительные признаки новой установки обеспечивают создание кольцевого фокуса:The following salient features of the new installation provide ring focus:

1) импульсный источник электрического питания;1) a pulse source of electrical power;

2) газоразрядная камера, заполненная изотопами водорода и содержащая газоразрядные электроды;2) a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes;

3) электроды выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейными образующими;3) the electrodes are made in the form of coaxial electrically conductive bodies of revolution located in one another with curvilinear generators;

4) внутренний электрод является анодом;4) the internal electrode is the anode;

5) катод заодно служит корпусом камеры;5) at the same time, the cathode serves as the camera body;

6) вокруг токоввода анода установлен изолятор, имеющий внутри камеры между торцами электродов наружную цилиндрическую поверхность с диаметром, меньшим диаметра рабочей части анода;6) an insulator is installed around the anode current lead, having an outer cylindrical surface with a diameter smaller than the diameter of the working part of the anode inside the chamber between the ends of the electrodes;

7) через центральное отверстие в катоде пропущены изолятор и токоввод анода;7) an insulator and anode current lead are passed through the central hole in the cathode;

8) токоввод катода размещен возле его центрального отверстия;8) the cathode current lead is placed near its central hole;

9) на катоде выполнено дополнительное центральное отверстие;9) an additional central hole is made at the cathode;

10) для катода и анода зеркально симметрично выполнены дополнительные токовводы и изолятор соответственно возле этого дополнительного центрального отверстия катода;10) for the cathode and anode, the additional current leads and the insulator are respectively symmetrically made near this additional central hole of the cathode;

11) два токоввода анода выполнены трубчатыми.11) two current leads of the anode are made tubular.

Для ликвидации компенсации в виде роста энерговклада при увеличении габаритов нового кольцевого плазменного фокуса введены меры по подавлению МГД-неустойчивостей плазмы путем добавления к системе шира с вращательным моментом плазмы и авторегулировкой скорости аксиального движения разлетающихся симметрично и перпендикулярно от цилиндрических поверхностей изоляторов вихрей токово-плазменных оболочек, улучшения сгребания рабочего газа за счет шира токово-плазменной оболочки, использования центробежных сил от вращении плазмы для сжатии плазмы, снижения величины паразитной индуктивности камеры и ее численного роста при пинче, утилизации азимутальных составляющих тока токово-плазменной оболочки для схлопывания оболочек, а также мероприятия по снижению роста плотности энергии на поверхностях токово-плазменных оболочек и поверхности анода вплоть к моменту встречного схлопывания оболочек за счет заметного роста площади токово-плазменной оболочки на протяжении ее существования и роста во время пинча площади контакта горловины схлопывания токово-плазменных поверхностей на аноде. Другими словами, увеличена энергоэффективность нагрева плазмы для формирования плазменного фокуса.To eliminate compensation in the form of an increase in the energy input with increasing dimensions of the new ring plasma focus, measures have been introduced to suppress MHD plasma instabilities by adding a shear with a plasma torque to the system and automatically adjusting the axial velocity of the swirling current-plasma shells expanding symmetrically and perpendicularly from the cylindrical surfaces of the insulators, improving raking of the working gas due to the shear of the current-plasma shell, the use of centrifugal forces from the rotation of the plasma for compression plasma, reducing the parasitic inductance of the chamber and its numerical growth during pinch, utilization of the azimuthal components of the current of the current-plasma shell for collapse of the shells, as well as measures to reduce the increase in energy density on the surfaces of the current-plasma shells and the surface of the anode up to the moment of counter collapse of the shells due to a noticeable increase in the area of the current-plasma shell during its existence and growth during the pinch of the contact area of the collar of the collapse of the current-plasma over awns at the anode. In other words, increased energy efficiency of plasma heating for the formation of a plasma focus.

Следует отметить, что процесс авторегулировки скорости аксиального движения разлетающихся симметрично и перпендикулярно от цилиндрических поверхностей изоляторов невращающихся токово-плазменных оболочек возникает уже при реализации описанных выше одиннадцати существенных характерных признаков заявляемого устройства.It should be noted that the process of automatic adjustment of the axial motion speed flying symmetrically and perpendicularly from the cylindrical surfaces of the insulators of non-rotating current-plasma shells occurs even when the above eleven essential characteristic features of the claimed device are realized.

Все описанные эффекты (кроме, естественно, - авторегулировки) для повышения энергоэффективности нагрева достигаются за счет вихревого движения двух токово-плазменных оболочек на всем протяжении их существования, начиная с образования и развития вокруг цилиндрических поверхностей изоляторов и кончая совместным столкновением со схлопыванием. Следующие существенные отличительные признаки новой установки обеспечивают энергоэффективность (в совокупности с описанными выше существенными отличительными признаками) - отсутствие роста энергозатрат на создание кольцевого фокуса:All the described effects (except, of course, auto-adjustments) for increasing the energy efficiency of heating are achieved due to the vortex motion of two current-plasma shells throughout their existence, starting from the formation and development of insulators around the cylindrical surfaces and ending with a joint collision with collapse. The following significant distinguishing features of the new installation provide energy efficiency (in conjunction with the essential distinguishing features described above) - the absence of an increase in energy consumption for creating a ring focus:

1) два трубчатых токоввода анода выполнены с зеркально симметричными многозаходными спиралями из наклонных прорезей;1) two tubular current leads of the anode are made with mirror-symmetric multi-start spirals from inclined slots;

2) спирали расположены по высоте в зонах напротив соответствующих зазоров между торцами электродов в камере.2) the spirals are arranged in height in zones opposite the corresponding gaps between the ends of the electrodes in the chamber.

Для недопущения вторичных паразитных разрядов вокруг спиралей трубчатых токовводов анодов в модернизированную плазмофокусную установку добавлен следующий существенный признак.To prevent secondary parasitic discharges around the spirals of the tubular current leads of the anodes, the following significant feature has been added to the upgraded plasma focus installation.

1. Наклонные прорези спиралей заполнены твердыми изоляторами.1. The inclined slots of the spirals are filled with solid insulators.

Техническое решение позволяет двум созданным токово-плазменным оболочкам двигаться по параллельным кольцевым коаксиальным каналам в виде расширяющихся двух зеркально-симметричных вихрей и ускоряться как под действием пондеромоторных сил тока, так и центробежными силами. В связи с тем, что у вращающихся токово-плазменных оболочек присутствует шир, а у сжимаемой плазмы, которая образована ударной волной от радиального движения токово-плазменных оболочек, азимутальный вращательный момент - создаются условия для гашения МГД-плазменных неустойчивостей. К тому же гашению МГД-неустойчивостей токово-плазменных оболочек в заявляемом устройстве способствует авторегулировка скорости аксиального движения их границ, возникающая при симметричном разлете перпендикулярно от цилиндрических поверхностей изоляторов вихрей этих оболочек. За счет спутанности волокон при шире улучшается сгребание рабочего газа при авторегулируемом разлете токово-плазменных оболочек. Так как частицы в токово-плазменных оболочках имеют в коаксиальном ускоряющих зазорах вихревое движение, становится возможным не увеличивать размеры установки и соответственно потери на начальную паразитную индуктивность рабочей камеры и рост этой индуктивности во время разряда. Характерно, что площадь двух токово-плазменных оболочек увеличивается, так как увеличивается их диаметр при разгоне. Поэтому условий для развития перегревной неустойчивости не наступит. На периметре одного общего для двух токово-плазменных оболочек анода передние фронты двух боковых поверхностей оболочек сталкиваются, происходит их совместное схлопывание и образование кольцевого плазменного фокуса. В результате сложения однонаправленных азимутальных составляющих тока, ответственных за вращение плазмы в вихрях, при схлопывании происходит рост импульсного магнитного поля для фокусировки пинча и таким образом компенсация снижения поступательной скорости плазмы при ее вихревом движении в кольцевых коаксиальных зазорах модернизированной установки. В связи с тем, что горловина воронки из двух боковых поверхностей встречных токово-плазменных оболочек лежит на кольцевой поверхности по всему периметру анода, а не в малой точечном пятне в центре анода, как в классической плазмофокусной установке, - испарение металла анода при кумуляции плазмы сведено к минимуму.The technical solution allows two created current-plasma shells to move along parallel annular coaxial channels in the form of expanding two mirror-symmetric vortices and accelerate both under the action of ponderomotive current forces and centrifugal forces. Due to the fact that rotating current-plasma shells have a shear, and compressible plasma, which is formed by a shock wave from the radial motion of current-plasma shells, has an azimuthal rotational moment, conditions are created for suppressing MHD plasma instabilities. In addition, the damping of MHD instabilities of current-plasma shells in the claimed device is facilitated by the automatic adjustment of the axial motion speed of their boundaries, which occurs during symmetrical expansion perpendicular to the cylindrical surfaces of the insulators of the vortices of these shells. Due to the confusion of the fibers, raking of the working gas is improved at wider during auto-regulated expansion of current-plasma shells. Since the particles in the current-plasma shells have a swirling motion in the coaxial accelerating gaps, it becomes possible not to increase the size of the installation and, accordingly, the loss of the initial parasitic inductance of the working chamber and the growth of this inductance during discharge. It is characteristic that the area of two current-plasma shells increases, since their diameter increases during acceleration. Therefore, the conditions for the development of overheating instability will not come. On the perimeter of one common for two current-plasma shells of the anode, the front edges of the two lateral surfaces of the shells collide, they collapse together and the formation of an annular plasma focus. As a result of the addition of the unidirectional azimuthal current components responsible for the rotation of the plasma in the vortices, the collapse increases the pulsed magnetic field to focus the pinch and thus compensates for the decrease in the translational velocity of the plasma during its vortex motion in the annular coaxial gaps of the modernized installation. Due to the fact that the neck of the funnel from two lateral surfaces of the opposing current-plasma shells lies on the annular surface around the entire perimeter of the anode, and not in a small spot spot in the center of the anode, as in a classical plasma focus installation, the evaporation of the anode metal during plasma cumulation is reduced to a minimum.

Суммируя вышеизложенное, в итоге имеем рост относительных величин размеров, объема и вложенной энергии плазменного фокуса без относительного роста энергозатрат на формирование новой плазменной структуры, а значит, и рост нейтронного и рентгеновского излучения при заданной энергии.Summarizing the foregoing, as a result, we have an increase in the relative sizes, volume, and enclosed energy of the plasma focus without a relative increase in energy consumption for the formation of a new plasma structure, and hence, an increase in neutron and x-ray radiation at a given energy.

Термоядерный кпд возрастает - технический результат достигнут.Thermonuclear efficiency is increasing - a technical result has been achieved.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом - Фиг. 1, на котором изображены следующие элементы:The technical nature of the proposed technical solution is illustrated by the drawing - Fig. 1, which depicts the following elements:

1) катод;1) cathode;

2) рабочая часть анода;2) the working part of the anode;

3) цилиндрический изолятор между электродами;3) a cylindrical insulator between the electrodes;

4) трубчатый токоввод анода;4) a tubular current lead of the anode;

5) незамкнутый электропроводный виток многозаходной спирали;5) an open conductive coil of a multiple start spiral;

6) изолятор соседних витков многозаходной спирали;6) an insulator of adjacent turns of a multi-start spiral;

7) токоввод катода;7) cathode current lead;

8) разрядник;8) arrester;

9) низкоиндуктивная высоковольтная конденсаторная батарея;9) low inductance high voltage capacitor bank;

10) квазитороидальный плазменный фокус.10) quasitoroidal plasma focus.

ω12 - соответственно равные по величине и направлению угловые скорости вращения двух зеркальных плазменных вихрей.ω 1 = ω 2 - respectively equal in magnitude and direction of the angular velocity of rotation of two mirror plasma vortices.

Пунктирными линиями показаны сечения и положения токово-плазменных оболочек при их движении от соответствующей цилиндрической поверхности изолятора к периметру анода.Dashed lines show the cross sections and positions of the current-plasma shells as they move from the corresponding cylindrical surface of the insulator to the perimeter of the anode.

Материал катода - нержавеющая сталь. Катод состоит из двух зеркальных половинок, которые соединяются между собой вакуумноплотно (на чертеже не показано).The cathode material is stainless steel. The cathode consists of two mirror halves, which are connected together vacuum-tight (not shown in the drawing).

Материал анода - электротехническая медь.The material of the anode is electrical copper.

Рабочие поверхности электродов очерчены при помощи эллипсоидов вращения.The working surfaces of the electrodes are outlined using ellipsoids of revolution.

В качестве материала изолятора между электрода предлагается использовать брокерит (стр. 134-137, Балкевич В.Л. Техническая керамика: Учеб. Пособие для втузов. - 2-e изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984. - 256 с., ил.). При нормальной температуре теплопроводность электроизоляционной керамики на основе оксида бериллия превышает теплопроводность других оксидных и керамических материалов в 7-10 раз. При нормальных условиях теплопроводность оксида бериллия превышает также теплопроводность ряда металлов (стали, никеля, молибдена, свинца и др.). Правда, с повышением температуры теплопроводность оксида бериллия, как и у другой оксидной керамики, резко падает, но и в области высоких температур (1500-1800°C) теплопроводность BeO выше теплопроводности другой оксидной керамики в 1,5-2 раза. Летучесть спеченной керамики из оксида бериллия в вакууме практически не обнаруживается до 2000-2100°C.It is proposed to use brokerite as the material of the insulator between the electrode (pp. 134-137, Balkevich VL Technical ceramics: Textbook. Manual for technical colleges. - 2nd ed., Revised and additional - M .: Stroyizdat, 1984. - 256 p., Ill.). At normal temperature, the thermal conductivity of electrically insulating ceramics based on beryllium oxide exceeds the thermal conductivity of other oxide and ceramic materials by 7-10 times. Under normal conditions, the thermal conductivity of beryllium oxide also exceeds the thermal conductivity of a number of metals (steel, nickel, molybdenum, lead, etc.). True, with increasing temperature, the thermal conductivity of beryllium oxide, like that of other oxide ceramics, drops sharply, but in the high temperature region (1500-1800 ° C) the thermal conductivity of BeO is 1.5-2 times higher than the thermal conductivity of other oxide ceramics. The volatility of sintered beryllium oxide ceramics in vacuum is practically not detected up to 2000-2100 ° C.

В свое время, когда начинала создаваться установка - плазменный фокус, было предложено заменить боковую диэлектрическую поверхность установки классического Z-пинча на медную. Из-за лучшей теплопроводности меди по сравнению с изолятором предполагалось и получилось уменьшение примесей в плазме пинча.At one time, when the installation — the plasma focus — began to be created, it was proposed to replace the lateral dielectric surface of the installation of a classical Z-pinch with a copper one. Due to the better thermal conductivity of copper compared to the insulator, it was assumed and obtained a decrease in impurities in the pinch plasma.

В заявляемой установке контакт плазмы с изолятором полностью исключить не удалось. Поэтому, по аналогии, предлагается увеличить теплопроводность одной из поверхности газоразрядной камеры. Только не методом замены диэлектрика на проводник, а увеличением теплопроводности изоляторов между электродами при применении оксида бериллия. Радиационная стойкость оксида бериллия подобную замену позволяет - оксид бериллия, как общеизвестно, хороший матричный материал для ядерного горючего.In the inventive installation, the contact of the plasma with the insulator could not be completely eliminated. Therefore, by analogy, it is proposed to increase the thermal conductivity of one of the surface of the gas discharge chamber. Only not by replacing the dielectric with a conductor, but by increasing the thermal conductivity of the insulators between the electrodes when using beryllium oxide. The radiation resistance of beryllium oxide allows such a replacement - beryllium oxide, as is well known, is a good matrix material for nuclear fuel.

В качестве материалов для изоляторов, заполняющих спиральные прорези на трубчатых токовводах анодов, можно использовать слюду. Гибкость слюды позволит легко заполнить криволинейные канавки прорезей. Не последний аргумент в пользу применения слюды в заявляемом устройстве - высокая радиационная стойкость слюдяных материалов.As materials for insulators filling the spiral slots on the tubular current leads of the anodes, mica can be used. The flexibility of the mica makes it easy to fill the curved grooves of the slots. Not the last argument in favor of the use of mica in the inventive device is the high radiation resistance of mica materials.

Впрочем, в качестве материалов для изоляторов, заполняющих спиральные прорези на трубчатых токовводах анодов, можно применить и фторопласт. На спиралях токовводов добиваться вакуумной герметичности не нужно. Поэтому в отличие от твердых керамических изоляторов между электродами можно использовать для укладки в спирали гибкие диэлектрики, что технологически проще.However, fluoroplastic can also be used as materials for insulators filling spiral slots on the tubular current leads of anodes. It is not necessary to achieve vacuum tightness on the spirals of the current leads. Therefore, unlike solid ceramic insulators between the electrodes, flexible dielectrics can be used for laying in spirals, which is technologically simpler.

Работает заявляемое устройство следующим образом.The claimed device operates as follows.

После подачи напряжения от импульсного источника через разрядник на анод вблизи двух изоляторов формируются две цилиндрические плазменные оболочки, имеющие волокнистую структуру. Под действием электродинамических сил плазменные оболочки симметрично отходят от изоляторов. Благодаря импульсному току в многозаходных спиралях двух токовводов анода оболочки приобретают к уже имеющемуся аксиальному дополнительное движение - вращательное азимутальное. За счет этого вращения волокна токово-плазменных оболочек перемешиваются с образованием шира. Два вихря раскручиваются в двух параллельных кольцевых коаксиальных зазорах между электродами. Диаметры вихрей все время увеличиваются. Образовавшаяся от двух ударных волн перед оболочками плазма приобретает вращательный момент. По истечении определенного времени токово-плазменные вращающиеся оболочки под действием пондеромоторных и центробежных сил выходят своими подошвами на периметр анода. Тут они встречно сталкиваются своими боковыми поверхностями. Геометрия камеры и индуктивность конденсаторной батареи подобраны так, что максимальный импульс тока совпадает по времени с моментом встречи поверхностей оболочек. Далее происходит схлопывание образовавшегося клиновидного кольцевого канала за счет слияния спиральных токов оболочек с вихревым вытеканием части плазмы в сторону к внутреннему периметру катода. Вихревое вытекание приводит к кумуляции плазмы. Пинчевание вытекающего пинча, по аналогии с плазменным фокусом, будет сопровождаться передачей энергии на часть плазмы - к образовавшемуся компактному плазменному сгустку - квазитору в заявляемом устройстве. Данный сфокусированный плазменный квазитор является источником нейтронов и рентгеновских лучей.After applying voltage from a pulsed source through a spark gap to the anode, two cylindrical plasma shells having a fibrous structure are formed near two insulators. Under the influence of electrodynamic forces, the plasma shells symmetrically move away from the insulators. Due to the pulsed current in the multi-helix spirals of the two current leads of the anode, the shells acquire an additional motion — rotational azimuthal — to the already existing axial one. Due to this rotation, the fibers of the current-plasma shells are mixed to form a shear. Two vortices are unwound in two parallel annular coaxial gaps between the electrodes. The diameters of the vortices increase all the time. The plasma formed from two shock waves in front of the shells acquires a rotational moment. After a certain time, the current-plasma rotating shells under the action of ponderomotive and centrifugal forces go out with their soles to the perimeter of the anode. Here they collide with their side surfaces. The geometry of the chamber and the inductance of the capacitor bank are selected so that the maximum current pulse coincides in time with the moment the surfaces of the shells meet. Next, the formed wedge-shaped annular channel collapses due to the fusion of the spiral currents of the shells with the eddy flowing of part of the plasma to the side to the inner perimeter of the cathode. Vortex flow leads to cumulation of plasma. The pinching of the resulting pinch, by analogy with the plasma focus, will be accompanied by the transfer of energy to a part of the plasma — to the resulting compact plasma clot — a quasitor in the inventive device. This focused plasma quasitor is a source of neutrons and x-rays.

Заявляемое устройство является разновидностью нецилиндрического Z-пинча, в котором парадоксальным образом используется центробежные силы и эффекты.The inventive device is a type of non-cylindrical Z-pinch, which paradoxically uses centrifugal forces and effects.

По этой причине автор изобретения назвал заявляемую пинчевую установку - «центробежный Z-пинч».For this reason, the inventor called the claimed pinch installation - "centrifugal Z-pinch."

Claims (1)

Плазменный источник проникающего излучения, состоящий из импульсного источника электрического питания и газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, выполненные в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейными образующими, вокруг токоввода внутреннего электрода - анода установлен изолятор, имеющий внутри камеры между торцами электродов наружную цилиндрическую поверхность с диаметром, меньшим диаметра рабочей части анода, токоввод катода - корпуса камеры размещен возле его центрального отверстия, через которое пропущены изолятор и токоввод анода, отличающийся тем, что для катода и анода зеркально симметрично выполнены дополнительные токовводы и изолятор соответственно возле дополнительного центрального отверстия катода, к тому же два токоввода анода выполнены трубчатыми с зеркально симметричными многозаходными спиралями из наклонных прорезей, заполненных твердыми изоляторами, при этом спирали расположены по высоте в зонах напротив соответствующих зазоров между торцами электродов в камере. A plasma source of penetrating radiation, consisting of a pulsed electric power source and a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes made in the form of coaxial electrically conductive rotation bodies with curvilinear components arranged one inside the other, an insulator is installed around the current lead of the internal electrode - anode, having an inside of the chamber between the ends of the electrodes the outer cylindrical surface with a diameter smaller than the diameter of the working part of the anode, the current lead of the cathode - the camera housing is placed near its central hole, through which an insulator and anode current lead are passed, characterized in that for the cathode and anode additional current leads and an insulator are made mirror-like respectively near the additional central cathode hole, moreover, two anode current leads are made tubular with mirror-symmetric multi-paths spirals from inclined slots filled with solid insulators, while the spirals are located in height in areas opposite the corresponding gaps between the end faces mi electrodes in the chamber.
RU2015112392/07A 2015-04-07 2015-04-07 Centrifugal z-pinch RU2586993C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015112392/07A RU2586993C1 (en) 2015-04-07 2015-04-07 Centrifugal z-pinch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015112392/07A RU2586993C1 (en) 2015-04-07 2015-04-07 Centrifugal z-pinch

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2586993C1 true RU2586993C1 (en) 2016-06-10

Family

ID=56115726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015112392/07A RU2586993C1 (en) 2015-04-07 2015-04-07 Centrifugal z-pinch

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2586993C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725439C1 (en) * 2020-01-14 2020-07-02 Омар Алиевич Омаров Method and device for producing high-temperature plasma with magnetic stabilization of z-pinch

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6728337B2 (en) * 2001-06-07 2004-04-27 Plex Llc Star pinch plasma source of photons or neutrons
RU2297117C1 (en) * 2005-08-15 2007-04-10 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Device for producing impulse roentgen and neutron radiation
RU2342810C1 (en) * 2007-05-17 2008-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Plasma source of penetrating radiation
RU141449U1 (en) * 2014-03-04 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") PLASMA SOURCE OF PASSING RADIATION

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6728337B2 (en) * 2001-06-07 2004-04-27 Plex Llc Star pinch plasma source of photons or neutrons
RU2297117C1 (en) * 2005-08-15 2007-04-10 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Device for producing impulse roentgen and neutron radiation
RU2342810C1 (en) * 2007-05-17 2008-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Plasma source of penetrating radiation
RU141449U1 (en) * 2014-03-04 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") PLASMA SOURCE OF PASSING RADIATION

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725439C1 (en) * 2020-01-14 2020-07-02 Омар Алиевич Омаров Method and device for producing high-temperature plasma with magnetic stabilization of z-pinch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7679025B1 (en) Dense plasma focus apparatus
Belchenko et al. Studies of ion and neutral beam physics and technology at the Budker Institute of Nuclear Physics, SB RAS
Shikanov et al. Neutron generation in a plasma diode with electrons insulated by a constant magnetic field
Egorov et al. Effect of emission current delay on the efficiency of electron beam production
US10490310B2 (en) Dielectric wall accelerator utilizing diamond or diamond like carbon
Lerner et al. Confined ion energy> 200 keV and increased fusion yield in a DPF with monolithic tungsten electrodes and pre-ionization
Garkusha et al. Experimental studies of high-energy quasi-steady plasma streams generated by a magnetoplasma analogue of the Laval nozzle in the compression and acceleration regimes
RU2586993C1 (en) Centrifugal z-pinch
Carr et al. The dependence of the virtual cathode in a Polywell™ on the coil current and background gas pressure
Pushkarev et al. Improvement in the statistical operation of a Blumlein pulse forming line in bipolar pulse mode
RU187270U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
Shmelev et al. Formation of double shell during implosion of plasma metal puff Z-pinches
Yushkov et al. High-charge-state ion beam generation in a high-current pulsed vacuum arc source
RU2297117C1 (en) Device for producing impulse roentgen and neutron radiation
Maenchen et al. Intense electron beam sources for flash radiography
RU2288553C2 (en) Gas-filled diode with external magnetic insulation
Degnan et al. Operation of cylindrical array of plasma guns
Milanese et al. Images of a plasma focus current sheath with a continuous cylindrical outer electrode
Zhukeshov et al. The pulsed plasma accelerator with focusing electrodes experiments
WO2023245064A1 (en) Plasma generation system and method with magnetic field stabilization
Iberler et al. Development and Investigation of Pulsed Pinch Plasmas for The Application as FAIR Plasma Stripper
Hershcovitch Plasma Lens for Super Neutrino Beam at BNL and Other Applications
Gan et al. Simulation of a 10 mm Diameter Cascaded Plasma Window
Freeman et al. Particle beam fusion research
RU138351U1 (en) SOURCE OF IONS

Legal Events

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

Effective date: 20170408