SU670079A1 - Способ подачи энергии в плазменный ускоритель - Google Patents

Description

Изобретение относится к способам получения и ускорения плазмы, в частности к способам подачи энергии в плазменный ускоритель и может быть использовано в импульсной сильноточной высоковольтной технике. ⁵

Известен способ подачи энергии в плазменный ускоритель путем заряда конденсаторной батареи и ее последующей разрядки на электроды ускорителя [Д.].

Однако в таком способе мала эффективность использования конденсаторной батареи. Это вызвано тем, что в начальный период ускорения, когда еще мала ускоряемая масса и мал ток, напряжение велико и велика скорость поступления энергии в канал ускорения от конденсаторной батареи, а в конце первой четверти периода разрядного тока, когда он достиг своего максимума й значительно возросла ускоряемая масса, напряжение и скорость поступления энергии в ускоритель близки к нулю. Это не позволяет эффективно использовать передаваемую в

2----------- ускоритель энергию и достичь высоких скоростей движения плазмы.

Известен также способ подачи энергиь, в плазменный ускоритель путем заряда секций батареи конденсаторов и их последующего разряда на электроды ускорителя [2].

Такой способ также имеет низкую эффективность использования конденсаторной батареи.

Цепью изобретения является повышение эффективности использования конденсаторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что секции заряжают до различных уровней напряжения, причем секции с меньшей индуктивностью заряжают до большего напряжения по сравнению с секциями, где индуктивность больше, разряжают секции последовательно, начиная с той, где напряжение зарядки наименьшее, а интервал времени до каждого последующего разрядам не превышает 0,15 периода колебаний предыдущего разряда.

670079 4

На фиг. 1 изображен описываемый ускоритель: на фиг. 2 и 3 — графики изменения во времени напряжения и тока разряда соответственно^ на фиг. 4 - график зависимости скорости плазмы в кана— ₅ ле ускорителя от времени.

К электродам ускорителя 1 подсоединены секции 2, 3, 4 батареи конденсаторов, поочередно разряжаемые на электроды ускорителя посредством стартовых 10 разрядников 5.

Устройство работает следующим образом.

Секций 2, 3, 4 батареи конденсаторов заряжают до различных уровней напряже- 15 ния,причем секции с меньшей индуктивностью заряжают до большего напряжения по сравнению с секциями, где индуктивность больше. Разряжают секции батареи конденсаторов 2, 3, 4 на электроды - 20 ускорителя 1 последовательно, начиная с той, где напряжение зарядки наименьшее. На фиг. 4 представлена зависимость скорости плазмы в канале ускорителя ва времени. Последняя определялась как ве- ²⁵ личина, пропорциональная скорости поступления энергии в ускоритель, т. е. пропорциональная отношению полного потока мощности через поперечное сечение межэлектродного зазора к энергии, приходя- 30 щейся на единицу длины электродного устройства. Может быть показано в результате простых преобразований, что с ростом скорости движения плазмы в ускорителе напряжение на его электродах 35 должно возрастать. Это достигается благодаря выполнению батареи конденсаторов из независимых секций и выполнению указанного режима их заряда и разряда, в результате чего получаем непрерывный ⁴⁰ рост скорости подачи энергии в ускоритель; в течение всего времени нарастания тока. Это позволяет непрерывно наращивать скорость плазмы и, следовательно, существ венно увеличить коэффициент йспопьзова- ⁴5 ния емкостного накопителя.

Однако, рассматривая внутри каждой секции процесс разряда конденсаторов, можно видеть, что напряжение на них ⁵⁰ уменьшается и, несмотря на рост тока в течение 1/4 периода, процесс ускорения длится существенно меньше. Время ускорения плазмы в коаксиальном ускорителе при подаче энергии от внешнего источ- ⁵⁵ ника в виде разряжающихся конденсаторов секции может быть определено расчетным путем.

Разряд емкостного накопителя на нагрузку (коаксиальный ускоритель) имеет колебательный характер, что позволяет путем исследования выражения скорости поступления энергии в ускоритель на экстремум определить, что ускорение заканчивается спустя 0,15 периода колебаний разряда.

Отсюда следует, что включают очередную секцию конденсаторной батареи не позже, чем через 0,15 периода колебаний предыдущей секции.

Увеличение скорости плазмы происходит при включении каждой новой секции. Количество секций, которые должны быть подключены к электродам ускорителя, зависит в каждом конкретном случае от величины предельной скорости, длины ускорительного канала, требуемого времени ускорения, электрических параметров разрядных контуров.

Пример, Если взять батареи конденсаторов емкостью = С₂=С₃ = 6ОХ ΧΙΟ'⁶ Ф; с напряжением заряда =20кВ: (Jg = 35 кВ: Ц₃ = 5О кВ и индуктивностью 1^=100нГ: L^= 50 нГ: Ь_э = 25нГ, тогда Ш =2’1С/* =7.ю^я -Lb =2'10^U,

Lif Lfi ' Tj3

т. е· секции необходимо разряжать в последовательности 1, 2, 3.

Собственные периоды колебаний секций T = 23?VLCh η =15,5 мкс, Т_г = = 11,0 мкс, =7,7 мкс. Интервалы включения секций at=O, 15 Т равны: 2,3 мкс и 1,6 мкс. Длительность ускорения после включения секции 3 0,15 Т₃ =1,1 мкс. Суммарное время ускорения 5 мкс.

Применение предложенного способа позволит существенно повысить эффективность использования энергии конденсаторной батареи и для одних и тех же затрат энергии значительно увеличить скорость плазмы в ускорителе по сравнению с одноимпульсным режимом.

Claims (1)

1. На фиг. 1 изображен описываемый ускоритель: на фиг. 2 и 3 - графики иэменени  во времени напр жени  и тока разр да соответственно: на фиг. 4 - график зависимости скорости ппазмы в канапе ускорител  от времени. К эпектродам ускорител  1 подсоединены секции 2, 3, 4 батареи конденсаторов , поочередно разр жаемые на электроды ускорител  посредством стартовых разр дников 5. Устройство работает следующим образом . Секций 2, 3, 4 батареи конденсаторов зар жают до различных уровней напр жени ,причем секции с меньшей индуктивностью зар жают до большего напр жени  по сравненшо с секци ми, где индуктивность больше. Разр жают секции батареи конденсаторов 2, 3, 4 на электроды ускоритетга 1 последовательно, начина  с той, где напр жение зар дки наименьшее . На фиг. 4 представлена зависимость скорости ппазмы в канапе ускорител  во. времени. Последн   определ лась как величина , пропоршюнаттьна  скорости поступ лени  энергии в ускоритель, т. е. .пропорциональна  отношению полного потока мощности через поперечное сечение меж- электродного зазора к энергии, приход щейс  на единицу длины электродного устройства. Может быть показано в результате простых преобразований, что с ростом скорости движени  плазмы в уско рителе напр жение на его электродах должно возрастать. Это достигаетс  благюдар  выполнению батареи конденсаторов из независимых секций и выполнению ука занного режима юс зар да и разр да, в результате чего получаем непрерывный рост скорости подачи энфгии в ускорител в течение всего времени нарастани  тока. Это позвол ет непрерьгоно наращивать скорость плазмы и, следовательно, сущест венно увеличить коэффициент йспользовани  емкостного накопител . Однако, рассматрива  внутри кажлой секции процесс разр да конденсаторов, можно видеть, что напр жение на них уменьшаетс  и, несмотр  на рост тока в течение 1/4 периода, процесс ускорени  длитсЗ  существенно меньше. Врем  ускорени  плазмы в коаксиальном ускорителе при подаче энергии от внешнего источ ника в виде разр жающтсс  конденсаторов секции может быть определено расчет ным путем. Разр д емкостного накопител  на наг рузку (коаксиальный ускоритель) имеет колебательный характер, что позвол ет путем исследовани  выражени  скорости поступлени  энергии в ускоритель на экстремум определить, что ускорение заканчиваетс  спуст  0,15 периода колебаний разр да. Отсюда следует, что включают очередную секцию конденсаторной батареи не позже, чем через 0,15 периода колебаний предьщущей секции. Увеличение скорости плазмы происходит при включении каждой новой секции. Количество секций, которые должны быть подключены к электродам ускорител , зависит в каждом конкретном случае от величины предельной скорости, длины ускорительного канала, требуемого времени ускорени , электрических параметров разр дных контуров. Пример, Бели вз ть батареи конденсаторов емкостью С 60Х Tf-iO Ф; с напр жением зар да U 2ОкВ: Urt 35 кВ: 1/3 50 кВ и индуктивностью и 1ООнГ; иа 50нГ: Ьэ 25нГ, тогда MI 2-10 .Ч 7-10 riis 210, Tji т. е. секции необходимо разр жать в последовательности 1, 2, 3. Собственные периоды колебаний секций Т Т, 15,5 МКС, 11,0 МКС, Tj 7,7 МКС. Интервалы включени  секций at 0,15 Т равны: 2,3 мкс и 1,6 МКС. Длительность ускорени  после включени  секцни 3 0,15 Т 1,1 мкс. Суммарное врем  ускорени  5 мкс. Применение предложенного способа позволит существенно повысить эффективность использовани  энергии конденсаторной батареи и дл  одних и тех же затрат энергии значительно увеличить скорость плазмы в ускорителе по сравненшо с одноимпульсным режимом. Формулаизобр етени  Способ подачи энергии в плазменный ускоритель путем зар да секций батареи конденсаторов и их последующего разр да на электроды ускорител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности использовани  конденсаторной батареи, секции зар жают до различных уровней напр жени , причем секции с меньшей индуктивностью зар жают до большего напр жени  по сравнению с секци ми, где индуктивность больше, разр жают секции

   5 (7007&-6

   псхзпедовотепъио, начина  с тоА где н&п-1. Колесников П. М. Эпектродинамир жение зар дки наименьшее, а интервалческоа ускорение плазмы, М., 1971,

   времени до каждого последующего разр дас, 198, не превьпиает 0,15 периода колебаний

   11редыдушего разр да.5 2, Роуз Д. и Кларк М. Физика плаэ

   Источники информации,мы и управл емые термо дерные реакции,

   прин тые во внимание при экспертизеМ., 1963, с. 426.

   ™

   мм| - f f f f г т г:

   Фиг.1

   I /I

   ср