устройство для получения высокотемпературной плазмы и нейтронного излучения
Классы МПК: | H05H1/00 Получение плазмы; управление плазмой H05H1/24 генерирование плазмы G21B1/00 Термоядерные реакторы |
Автор(ы): | Мохов В.Н., Буренков О.М., Гаранин С.Ф., Мамышев В.И., Якубов В.Б., Чернышев В.К., Ларцев М.В., Корчагин В.П. |
Патентообладатель(и): | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-08-02 публикация патента:
27.08.2001 |
Изобретение относится к области плазменной техники и управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано для получения высокотемпературной плазмы с целью изучения ее свойств, а также генерации нейтронного излучения. Технический результат - повышение температуры и увеличение времени жизни нагретой плазмы. Устройство содержит плазменную камеру, образованную коаксиальными электродами и состоящую из отсеков ускорения и торможения плазмы с кольцевым зазором между отсеками в форме сопла Лаваля, и источник электромагнитной энергии, подключенный к электродам со стороны входа в отсек ускорения. Плазменная камера дополнительно содержит второй отсек торможения плазмы, расположенный за первым отсеком торможения и соединенный с ним вторым соплом Лаваля. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Устройство для получения высокотемпературной плазмы и нейтронного излучения, содержащее осесимметричную плазменную камеру, образованную коаксиальными электродами и состоящую из отсеков ускорения и торможения плазмы с кольцевым зазором между отсеками в форме сопла Лаваля, и источник электромагнитной энергии, подключенный к электродам со стороны входа в отсек ускорения, отличающееся тем, что плазменная камера дополнительно содержит второй отсек торможения плазмы, расположенный за первым отсеком торможения и соединенный с ним вторым соплом Лаваля.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области плазменной техники и управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано для получения высокотемпературной плазмы с целью изучения ее свойств, а также генерации нейтронного излучения. Известно устройство для получения высокотемпературной плазмы, содержащее два электродинамических ускорителя с импульсным напуском газа, два плазмопровода, камеру торможения или взаимодействия, а также систему синхронизации этих ускорителей (см. А.М. Житлухин и др. "Удержание высокотемпературной плазмы с![устройство для получения высокотемпературной плазмы и нейтронного излучения, патент № 2173032](/images/patents/298/2173015/946.gif)
![устройство для получения высокотемпературной плазмы и нейтронного излучения, патент № 2173032](/images/patents/298/2173002/8226.gif)
нагрев плазмы происходит при последовательном прохождении плазмы через два сопла Лаваля, причем через второе сопло протекает плазма, предварительно нагретая в первом отсеке торможения;
через второе сопло Лаваля протекает большая часть массы газа, тем самым по сравнению с устройством-прототипом существенно увеличивается доля плазмы, нагреваемой при торможении сверхзвукового потока, что значительно повышает пространственную однородность плазмы во втором отсеке торможения и делает ее пригодной для дальнейшего нагрева путем адиабатического сжатия;
основной нагрев плазмы происходит во втором отсеке торможения, максимально удаленном от изолятора, что создает дополнительную пространственную защиту от "ранних" паров изолятора, а бросок напряжения, связанный с протеканием плазмы через второе сопло Лаваля, сдвигается к моменту выравнивания токов камеры и генератора, поэтому пары, образовавшиеся в этот момент, по камере практически не распространяются, тем самым достигается повышение чистоты и увеличение времени жизни нагретой водородной плазмы;
второй отсек торможения позволяет обеспечить оптимальную индуктивность камеры при меньшем, чем у стандартной камеры объеме, что позволяет увеличить удельную внутреннюю энергию и температуру плазмы;
геометрия второго отсека торможения является перспективной с точки зрения последующего нагрева плазмы путем газодинамического сжатия. На чертеже изображено заявляемое устройство для получения высокотемпературной плазмы и нейтронного излучения. Заявляемое устройство содержит осесимметричную плазменную камеру 1, образованную коаксиальными электродами 2 и 3, и состоящую из отсеков ускорения 4 и торможения 5 плазмы с кольцевым зазором между отсеками в форме сопла Лаваля 6. Источник электромагнитной энергии 7 подключен к электродам 2 и 3 со стороны входа в отсек ускорения 4. Плазменная камера дополнительно содержит второй отсек торможения плазмы 8, расположенный за первым отсеком торможения 5 и соединенный с ним вторым соплом Лаваля 9. Кроме того на входе отсека ускорения между электродами расположен изолятор 10. В примере конкретного выполнения заявляемого устройства в качестве источника электромагнитной энергии используется взрывомагнитный (магнитокумулятивный) генератор (см. , например, Г. Кнопфель "Сверхсильные импульсные магнитные поля". М.: "Мир", 1972, стр. 221). Материал электродов камеры - бескислородная медь, внешний электрод 2 может выполняться из алюминия. Изолятор 10 выполнен из керамики. Плазменная камера заполняется дейтерием или смесью тяжелых изотопов водорода при давлении ~10 мм. рт.ст. Работает устройство следующим образом. На первом этапе в камеру 1 от источника 7 медленно вводится начальное магнитное поле. Время формирования начального магнитного поля 200 - 300 мксек, начальный ток камеры - 1 - 3 МА. На втором этапе источник 7 подает на вход камеры токовый импульс нарастающей до ~10 МА амплитуды с шириной фронта ~ 2 мксек. Возникающее при этом напряжение между электродами 2,3 возбуждает разряд в объеме газа, что приводит к ионизации газа и появлению в нем проводимости, достаточной для вмораживания магнитного поля в образовавшуюся плазму. Нарастающее на входе в камеру магнитное давление ускоряет плазму в отсеке 4, что приводит к формированию сверхзвукового течения плазмы через первое сопло Лаваля 6. Торможение сверхзвуковой струи в отсеке 5 приводит к нагреванию части плазмы, а возникающее при этом давление возбуждает в холодной части газа ударную волну, амплитуда которой достаточна для ионизации газа ускорения его нарастающим магнитным давлением. В устройстве-прототипе на этом процесс нагрева плазмы в отсеке торможения фактически заканчивается и полученная в этом процессе плазма состоит из двух, сильно отличающихся по своим параметрам, компонент. Основная масса плазмы, нагретая только ударной волной, имеет плотность в несколько раз больше начальной плотности газа и температуру
![устройство для получения высокотемпературной плазмы и нейтронного излучения, патент № 2173032](/images/patents/298/2173032/8773.gif)
Класс H05H1/00 Получение плазмы; управление плазмой
Класс H05H1/24 генерирование плазмы
Класс G21B1/00 Термоядерные реакторы