ИНЖЕКТОР ПЛАЗМЫ

ИНЖЕКТОР ПЛАЗМЫ
ИНЖЕКТОР ПЛАЗМЫ

(плазменная пушка) - устройство, предназначенное для создания потоков высокотемпературной плазмы и ввода её (инжекции) в нек-рую область, где проводится к.-л. эксперимент с плазмой. И. п. можно отнести к разновидности импульсных плазменных ускорителей. Наиболее широко И. п. используются в термоядерных исследованиях для ввода плазмы в термоядерную ловушку, а также в активных экспериментах в космосе, в экспериментах по моделированию взаимодействия солнечного ветра с объектами Солнечной системы, в плазменной технологии. Это обусловлено широким диапазоном параметров потоков И. п.: скорости ионов лежат в интервале (106-108) см/с; плотность на выходе изменяется от 1014 до 1018 см -3; продолжительность генерации потока варьируется от 1 до 100 мкс; энергосодержание потока в предельных режимах достигает 100 кДж, а его мощность (1410) ГВт. Параметры потока определяются энергосодержанием источника питания (как правило, ёмкостный накопитель) и характерным временем его разряда, способом подачи рабочего вещества в канал (эрозия изолятора, равномерная непрерывная или одноразовая - перед разрядом), нач. плотностью газа и амплитудой тока разряда. Одним из первых И. п. был источник с дейтерированной шайбой, основанный на свойстве металлич. титана, нагретого в атмосфере водорода или дейтерия, образовывать гидрид титана. Это приводит к насыщению титановой шайбы водородом. <На такую шайбу направляется ускоренный (>1 кэВ) пучок электронов, к-рый при столкновении выделяет энергию, шайба нагревается и испускает поглощённый ранее водород или дейтерий, ионизующийся в разряде. Полученная таким способом плазма ускоряется и направляется в место, где проводится эксперимент. Эти источники дают сгусток плазмы с числом частиц ~1017 в течение времени от 2 до 10 мкс и темп-рой ионов ~1 кэВ (~107 К).Другой плазменной пушкой, использовавшейся в первых плазменных экспериментах, был т. н. рельсотрон (см. Плазменные ускорители). В 80-е гг. широко используется в качестве импульсного И. и. коаксиальная плазменная пушка, принцип действия к-рой заключается в следующем; газ в канале ионизуется током разряда источника питания и ускоряется под действием пондеромоторной силы, возникающей при взаимодействии этого тока с собственным магн. полем. На рис. 1 дана схема И. и. этого типа. Объём (ускорит, канал), заключённый между коаксиальными электродами (5 )и изолятором (3), откачивается до высокого вакуума (10-5410-6 мм рт. ст.). Импульсный клапан через отверстия (4 )инжектирует рабочий газ в зазор между электродами. Количество газа в зазоре и вид его пространственного распределения определяются скоростью и временем подачи.
008-7.jpg
Рис. 1. Схема инжектора плазмы: 1 - источник питания; 2 - включатели; 3 - изолятор; 4- отверстия для ввода рабочего газа; 5 - коаксиальные электроды; 6- скин-слой.

По достижении необходимой степени заполнения канала (1016-1018 см -3) включатели (2 )соединяют высоковольтную конденсаторную батарею (1 )с электродами. Когда напряжение на электродах превышает напряжение пробоя данного газа, начинается дуговой разряд. В процессе нарастания тока I р разряда газ в канале ионизуется и в зоне между изолятором и отверстиями формируется скин-слой (см. Скин-эффект). Под действием пондеромоторной силы 008-8.jpg (008-9.jpg- переменная индуктивность канала) скин-слой (6 )ускоряется вдоль оси z в направлении от изолятора к открытому концу пушки. В результате плазма "выстреливается" со скоростью до 108 см/с. При своём движении скин-слой вовлекает нейтральные частицы газа (за счёт их столкновений с электронами и ионами), к-рые также ионизуются и увеличивают плотность плазмы на выходе. Такой И. п. позволяет создавать водородную и дейтериевую плазму высокой плотности и темп-ры, а также плазму др. разл. газов. <Ур-ния, описывающие колебания тока разряда в контуре и движении плазмы в канале, имеют вид:
008-10.jpg
Здесь t - время, q- заряд конденсаторной батареи, R - сопротивление проводников и коммутаторов тока,008-11.jpg - сопротивление токового слоя и электродов, L0 - нач. индуктивность контура, т(z) - масса слоя. Ур-ния решаются с нач. условиями: q0=C0U0( С0, U0- ёмкость и напряжение конденсаторной батареи), Р q/ Р t=0,z = 0, Р z/ Р t=0 при t=0. В случае коаксиальной системы электродов и непрозрачного токового слоя
008-12.jpg
008-13.jpg
где r0 и r1 - радиусы внутр. и внеш. электродов, п(z) - плотность газа в зазоре, mi,- - масса иона, m0 - магнитная постоянная. В импульсных электрич. разрядах джоулевы потери определяются потерями на ионизацию и излучение, т. е.008-14.jpg где E- эпергетич. цена иона. Отсюда 008-15.jpg =[E/mi( Р q/ Р t)2] Р m/ Р t. Эти ур-ния используются для оценочных расчётов И. п. При фиксированных параметрах разрядного контура и величине ускоряемой массы с их помощью находят такую форму электродов, при к-рой скорость сгустка на выходе И. п. и кпд преобразования электрич. энергии накопителя в кинетич. энергию потока будут максимальны. Выбирают такую электродную конфигурацию, характеризуемую зависимостью 008-16.jpg , для к-рой время t у ускорения плазмы совпадает с временем 008-17.jpg разряда конденсаторной батареи. При t у<t р накопител ь не полностью передаёт свою энергию плазме; при t у>t р возрастают джоулевы потери. Наиб, мощные И. п. используются в термоядерных исследованиях. Для характеристики их параметров и тенденций разработок на рис. 2 приведены зависимости скорости v ускоренных протонов от нач. напряжения U0 источника питания для И. <п. <с С 0=500мкФ, L0=10нГн. Зависимости v(U )приведены для неск. значений числа N ускоренных частиц. При этом каждому значению v для каждого конкретного напряжения U0 соответствует своя оптимизированная зависимость 008-18.jpg,
008-19.jpg
Рис. 2. Зависимости скорости плазмы в инжекторе плазмы от напряжения источника питания.

т. е. своя форма электродов. Из рис. 2 видно, что в достаточно широком интервале параметров (N, U0) подбором L(z) можно получить линейную зависимость v(U0). А это означает, что кпд системы h=miNv2/C0U0~(v/U0)2 B широком интервале параметров (N, U0) остаётся постоянным и равным ~50%.Наряду с описанными импульсными И. п. разрабатываются квазистационарные инжекторы с длинным разрядным импульсом (а100 мкс), что позволит увеличить абс. энергосодержание плазменного потока увеличением длительности его генерации. Лит.: Арцииович Л. А. и др., Электродинамическое ускорение сгустков плазмы, "ЖЭТФ", 1957, т. 33, с. 3; Калмыков А. А., Импульсные плазменные ускорители, в кн.: Физика и применение плазменных ускорителей, Минск, 1974, с. 48; Сиднее В. В. и др., Импульсные плазменные ускорители большой мощности, "Вопр. атомной науки и техн. Сер. Термоядерный синтез", 1983, в. 2, с. 12. Ю. В. Скворцов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Нужна курсовая?

Полезное


Смотреть что такое "ИНЖЕКТОР ПЛАЗМЫ" в других словарях:

  • ГОСТ Р ИСО 15202-3-2008: Воздух рабочей зоны. Определение металлов и металлоидов в твердых частицах аэрозоля методом атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Часть 3. Анализ — Терминология ГОСТ Р ИСО 15202 3 2008: Воздух рабочей зоны. Определение металлов и металлоидов в твердых частицах аэрозоля методом атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Часть 3. Анализ оригинал документа: 3.2.12… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Варп-двигатель — Эта статья об объекте вымышленного мира описывает его только на основе самого художественного произведения. Статья, состоящая только из информации на базе самого произведения, может быть удалена. Вы можете помочь проекту …   Википедия

  • Warp-двигатель — Звёздный путь (Star Trek) Телесериалы Оригинальный сериал 80 эпизодов Анимационный сериал 22 эпизода Следующее поколение …   Википедия

  • Warp Drive — Звёздный путь (Star Trek) Телесериалы Оригинальный сериал 80 эпизодов Анимационный сериал 22 эпизода Следующее поколение …   Википедия

  • ВОРП — Звёздный путь (Star Trek) Телесериалы Оригинальный сериал 80 эпизодов Анимационный сериал 22 эпизода Следующее поколение …   Википедия

  • Ворп — Звёздный путь (Star Trek) Телесериалы Оригинальный сериал 80 эпизодов Анимационный сериал 22 эпизода Следующее поколение …   Википедия

  • Индуктивно-связанная плазма в масс-спектрометрии — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Масс спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС)  это разновидность масс спектрометрии, отличающаяся …   Википедия

  • ИСП-МС — Масс спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС) это разновидность масс спектрометрии, отличающаяся высокой чувствительностью и способностью определять ряд металлов и несколько неметаллов в концентрациях, не превышающих 10 10%, т.e.… …   Википедия

  • Управляемый термоядерный синтез —         процесс слияния лёгких атомных ядер, происходящий с выделением энергии при высоких температурах в регулируемых, управляемых условиях. Скорости протекания термоядерных реакций малы из за кулоновского отталкивания (см. Кулона закон)… …   Большая советская энциклопедия

  • Ускорители заряженных частиц —         устройства для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий. Ускорение производится с помощью электрического поля, способного изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Магнитное… …   Большая советская энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»