плазменный прерыватель тока
Классы МПК: | H05H1/00 Получение плазмы; управление плазмой H05H1/02 устройства для удерживания (ограничения) плазмы электрическим и(или) магнитным полем; устройства для нагрева плазмы |
Автор(ы): | Дубинов А.Е., Макарова Н.Н., Садовой С.А., Селемир В.Д., Халдеев В.Н. |
Патентообладатель(и): | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-04-27 публикация патента:
20.04.2001 |
Изобретение относится к мощной импульсной технике и может быть использовано при создании генераторов импульсов высокого напряжения тераваттной мощности для питания сильноточных ускорителей заряженных частиц, Z-пинчевых нагрузок и т. д. ППТ содержит источник импульса тока, подключенный к двум протяженным электродам, разделенным изолятором, которые совместно с этим изолятором образуют вакуумный межэлектродный промежуток, нагрузку в виде вакуумного или плазменного диода, подключенную к электродам, и по меньшей мере один плазменный инжектор, расположенный на одном из электродов и работающий на основе поверхностного разряда вдоль диэлектрика, а в качестве диэлектрика в плазменном инжекторе используется сегнетоэлектрик. Технический результат: существенное уменьшение необходимой амплитуды импульса, подаваемого на электроды плазменных инжекторов поверхностного разряда при сохранении плотности и объема создаваемой ими плазмы, при этом снижается энергетическая цена создания плазмы и увеличивается КПД ППТ. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Плазменный прерыватель тока, содержащий источник импульса тока, подключенный к двум протяженным электродам, разделенным изолятором, которые совместно с этим изолятором образуют вакуумный межэлектродный промежуток, нагрузку в виде вакуумного или плазменного диода, подключенную к электродам, и, по меньшей мере, один плазменный инжектор, расположенный на одном из электродов и работающий на основе поверхностного разряда вдоль диэлектрика, отличающийся тем, что в качестве диэлектрика в плазменном инжекторе использован сегнетоэлектрик.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к мощной импульсной технике и может быть использовано при создании генераторов импульсов высокого напряжения тераваттной мощности для питания сильноточных ускорителей заряженных частиц, Z-пинчевых нагрузок и т.д. Известен плазменный прерыватель тока (ППТ), содержащий источник импульса тока, подключенный к двум протяженным электродам, разделенным изолятором, которые совместно с этим изолятором образуют вакуумный межэлектродный промежуток, нагрузку в виде вакуумного или плазменного диода, подключенную к электродам, и по меньшей мере один плазменный инжектор, расположенный на одном из электродов [1] (Meger R.A., Commisso R.J., Cooperstein G., Goldstein S. A., "Vacuum inductive store/pulse compression experiments on a high power accelerator using plasma opening switches", Appl. Phys. Lett., 1983, v. 42, N 11, p. 943-945). В этом ППТ плазменные инжекторы были выполнены на основе отрезка кабеля. В инжекторах плазма создавалась посредством поверхностного разряда вдоль изоляции кабеля между его проводниками. Изолятор кабеля плазменных инжекторов был выполнен из органического полимера и покрывался перед каждым импульсом слоем спиртовой суспензии графита. Разряд в таких инжекторах осуществлялся при подаче на кабели от конденсаторной батареи импульса высокого напряжения амплитудой 25 кВ. Подробно конструкция, принцип работы и характеристики плазменных инжекторов, применявшихся в ППТ [1], описаны в [2] (Mendel C.W., Zagar D.M, Mills G.S. et al., "Carbon plasma gun". Rev. Sci. Instrum., 1980, v. 51, N 12, p. 1641-1644). Принцип действия ППТ основан на накоплении энергии тока в индуктивном накопителе энергии (ИНЭ), роль которого выполняет замкнутый контур: источник импульса тока ---> один из протяженных электродов ---> плазма, сформированная в межэлектродном промежутке одним или несколькими плазменными инжекторами ---> другой протяженный электрод ---> источник импульса тока, и передаче накопленной энергии из ИНЭ в нагрузку при резком возрастании сопротивления плазмы. Недостатками известного ППТ являются, во-первых, необходимость покрытия поверхности изоляторов плазменных инжекторов суспензией перед каждым импульсом, что исключает работу ППТ в частотном режиме, и, во-вторых, слишком высоким является отношение амплитуды импульса напряжения, подаваемого на плазменные инжекторы, к амплитуде напряжения, развиваемой между электродами ППТ при подаче импульса тока в ИНЭ (25 кВ/800 кВ), что говорит о высокой энергетической цене создания плазмы в известном ППТ. Наиболее близким к предлагаемому решению является ППТ, описанный в [3] (Renk T.J., "Flashboards as a plasma source for plasma opening switch applications", J. Appl. Phys., 1989, v. 65, N 7, p. 2652-2663) и содержащий так же, как и [1], источник импульса тока, подключенный к двум протяженным электродам, разделенным изолятором, которые совместно с этим изолятором образуют вакуумный межэлектродный промежуток, нагрузку в виде вакуумного или плазменного диода, подключенную к электродам, и по меньшей мере один плазменный инжектор, расположенный на одном из электродов и работающий на основе поверхностного разряда вдоль полимерного диэлектрика. Этот ППТ выбран нами за прототип. Конструкция плазменных инжекторов в [3] была следующей: на тонкую диэлектрическую пленку (использовался каптон - kapton, DuPont Corporation) наносился проводящий слой из металла (медь) в виде рисунка, определяющего систему тонких электродов. При подаче на них импульса напряжения амплитудой 23-30 кВ по поверхности диэлектрика, свободной от проводящего покрытия, развивался поверхностный разряд, который и был источником плазмы в ППТ. Недостатком ППТ [3] является слишком высокое отношение амплитуды импульса напряжения, подаваемого на плазменные инжекторы, к амплитуде напряжения, развиваемой между электродами ППТ при подаче импульса тока в ИНЭ (23 кВ/1500 кВ), что также говорит о высокой энергетической цене создания плазмы в известном ППТ. В связи с этим задачей является уменьшение указанного выше отношения, что позволит в свою очередь увеличить КПД установки. Техническим результатом предлагаемого решения является существенное уменьшение необходимой амплитуды импульса, подаваемого на электроды плазменных инжекторов поверхностного разряда при сохранении плотности и объема создаваемой ими плазмы. При этом снижается энергетическая цена создания плазмы и увеличивается КПД ППТ. Этот результат достигается тем, что известный ППТ содержит источник импульса тока, подключенный к двум протяженным электродам, разделенным изолятором, которые совместно с этим изолятором образуют вакуумный межэлектродный промежуток, нагрузку в виде вакуумного или плазменного диода, подключенную к электродам, и по меньшей мере один плазменный инжектор, расположенный на одном из электродов и работающий на основе поверхностного разряда вдоль диэлектрика, и в отличие от известного в предлагаемом ППТ в качестве диэлектрика в плазменном инжекторе используется сегнетоэлектрик. Сегнетоэлектрик, являясь диэлектриком с высоким значением диэлектрической проницаемости![плазменный прерыватель тока, патент № 2165684](/images/patents/306/2165116/949.gif)
![плазменный прерыватель тока, патент № 2165684](/images/patents/306/2165684/2165684-2t.gif)
![плазменный прерыватель тока, патент № 2165684](/images/patents/306/2165116/949.gif)
![плазменный прерыватель тока, патент № 2165684](/images/patents/306/2165007/8776.gif)
![плазменный прерыватель тока, патент № 2165684](/images/patents/306/2165116/949.gif)
![плазменный прерыватель тока, патент № 2165684](/images/patents/306/2165007/8776.gif)
Класс H05H1/00 Получение плазмы; управление плазмой
Класс H05H1/02 устройства для удерживания (ограничения) плазмы электрическим и(или) магнитным полем; устройства для нагрева плазмы