Плазменные ускорители А. Плазменные ускорители с собственным магнитным полем

Большая Советская Энциклопедия. Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.


А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я 1 2 3 4 8 A L M P S T X
ПА ПЕ ПЁ ПИ ПЛ ПН ПО ПП ПР ПС ПТ ПУ ПФ ПХ ПЧ ПШ ПЫ ПЬ ПЭ ПЮ ПЯ
ПЛА
ПЛЕ
ПЛЁ
ПЛИ
ПЛО
ПЛУ
ПЛЫ
ПЛЬ
ПЛЮ
ПЛЯ

А. Плазменные ускорители с собственным магнитным полем

Импульсные электродные ускорители (пушки). Первым Плазменные ускорители был «рельсотрон» (рис. 4, а), питаемый конденсаторной батареей. Плазменный сгусток создаётся при пропускании большого тока через тонкую проволоку, натянутую между рельсами, которая при этом испаряется и ионизуется, или за счёт ионизации газа, впрыскиваемого в межэлектродный промежуток через специальный клапан. При разряде на ток в плазменной перемычке (достигающий десятков и сотен ка) действует собственное магнитное поле электрического контура, в результате чего за время порядка 1 мксек и происходит ускорение сгустка. Позднее импульсным ускорителям был придан вид коаксиальной системы (рис. 4, б). В этом случае ускорение сгустка плазмы происходит под действием силы Ампера Faмп, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей тока jr с азимутальным собственным магнитным полем Hf. Такие Плазменные ускорители уже нашли широкое применение и позволяют получать сгустки со скоростями до 108см/сек и общим числом частиц до 1018.

Рис. 4. а — схема «рельсотрона»: Р — рельсы; П — плазменная перемычка; С — ёмкость; К — ключ; б — схема коаксиального импульсного плазменного ускорителя. Быстродействующий клапан БК подаёт газ в зазор между внутренним ВЭ и наружным НЭ электродами (ДВ — диэлектрическая вставка между электродами). После замыкания ключа К в цепи возникает ток, который ионизует газ. Плазменные ускорители.

Рис. 4. а — схема «рельсотрона»: Р — рельсы; П — плазменная перемычка; С — ёмкость; К — ключ; б — схема коаксиального импульсного плазменного ускорителя. Быстродействующий клапан БК подаёт газ в зазор между внутренним ВЭ и наружным НЭ электродами (ДВ — диэлектрическая вставка между электродами). После замыкания ключа К в цепи возникает ток, который ионизует газ.

  Стационарные сильноточные торцевые ускорители. В принципе коаксиальный ускоритель можно сделать стационарным (работающим в непрерывном режиме), если непрерывно подавать в зазор между электродами рабочее вещество (ионизуемый газ). Однако вследствие Холла эффекта при стационарном разряде в ускорителе электрический ток имеет значительную продольную составляющую. Благодаря этому происходит «отжатие» плазмы к катоду, образование прианодных скачков потенциала и т.п., что ведёт к резкому уменьшению кпд. В связи с этим более эффективной оказывается «торцевая» схема (рис. 5, а) с коротким катодом, через который одновременно подаётся рабочее вещество. Ускорение плазмы в торцевом Плазменные ускорители происходит также в основном за счёт силы Ампера, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей jr, тока j с азимутальным магнитным полем Hf. Если при постоянной подаче рабочего вещества непрерывно увеличивать разрядный ток Ip, то сначала скорость истечения плазмы и кпд ускорителя будут расти. Однако при некотором значении Ip происходит вынос большой части разрядного тока за срез ускорителя, резко возрастает напряжение и падает кпд, в ускорителе возникают колебания. Наступает так называемый критический режим. Его физической причиной является, по-видимому, пинч-эффект, в результате которого плазменный шнур отрывается от анода.

Рис. 5. а — схема торцевого плазменного ускорителя: ДВ — диэлектрическая вставка; б — схема торцевого магнито<span style='font-family:-плазменного ускорителя: ДВ — диэлектрическая вставка; КМП — катушка магнитного поля; РВ — рабочее вещество. Плазменные ускорители." alt="Рис. 5. а — схема торцевого плазменного ускорителя: ДВ — диэлектрическая вставка; б — схема торцевого магнито-плазменного ускорителя: ДВ — диэлектрическая вставка; КМП — катушка магнитного поля; РВ — рабочее вещество.">

Рис. 5. а — схема торцевого плазменного ускорителя: ДВ — диэлектрическая вставка; б — схема торцевого магнито-плазменного ускорителя: ДВ — диэлектрическая вставка; КМП — катушка магнитного поля; РВ — рабочее вещество.

  На нормально работающих торцевых ускорителях с собственным магнитным полем при разрядных токах около 104 а удаётся получать стационарные потоки плазмы со скоростями ~ 100 км/сек и характерными расходами рабочего вещества ~0,01—0,1 г/сек. При этом напряжение на разряде составляет около 50 в.

  Описанный торцевой ускоритель становится неработоспособным не только при больших, но и при малых разрядных токах Ip, поскольку сила Ампера пропорциональна Ip2. Поэтому при /р < 1000 а роль силы Ампера в реальных условиях становится меньше, чем газокинетическое давление, и торцевой Плазменные ускорители превращается в обычный плазматрон. Чтобы увеличить эффективность торцевого ускорителя при малых мощностях, в рабочем канале создают внешнее магнитное поле (рис. 5, б). Получающийся ускоритель называется торцевым холловским ускорителем, или магнито-плазменным ускорителем. Он позволяет получать потоки плазмы со скоростями в десятки км/сек при мощности ³ 10 квт. Замечательная особенность торцевых ускорителей — способность создавать потоки частиц с энергией, в несколько раз превосходящей приложенную разность потенциалов. На языке динамики частиц это объясняется увлечением ионов за счёт столкновений с электронным потоком, идущим из катода («электронным ветром»).

Плазменные ускорители, устройства для получения потоков плазмы со скоростями 10—103км/сек и более, что соответствует кинетической энергии ионов от ~10 эв до 105—106эв. На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами низкотемпературной плазмы — плазматронами, на верхнем — с коллективными ускорителями заряженных частиц (см. Ускорения заряженных частиц коллективные методы). Как правило, П. у. являются ускорителями полностью ионизованной плазмы, поэтому процессы возбуждения и ионизации, а также тепловые процессы играют в них, в отличие от плазматронов, вспомогательную роль.

  Плазменные потоки с большими скоростями можно получить разными способами, например воздействием лазерного луча на твёрдое тело. Однако к собственно П. у. относят лишь устройства (рис. 1), в которых ускорение и обычно одновременное приготовление плазмы осуществляются за счёт электрической энергии с помощью одного или нескольких специальных электрических разрядов.

Рис. 1. Принципиальная схема плазменного ускорителя. Плазменные ускорители.

Рис. 1. Принципиальная схема плазменного ускорителя.

  В отличие от ускорителей заряженных частиц, в канале П. у. находятся одновременно частицы с зарядами обоих знаков — положительные ионы и электроны, т. е. не происходит нарушения квази-нейтральности. Это снимает ограничения, связанные с объёмным (пространственным) зарядом (см. Ленгмюра формула), и позволяет получать плазменные потоки с эффективным током ионов в несколько млн. а при энергии частиц ~ 100 эв. При ионных токах ~ 1000 а уже достигнута энергия частиц в несколько кэв.

Из П. у. ионы и электроны выходят практически с равными направленными скоростями, так что основная энергия потока приходится на ионы (вследствие их большой массы). Поэтому П. у. — это электрические системы, ускоряющие ионы в присутствии электронов, компенсирующих объёмный заряд ионов.

Механизм ускорения. При анализе рабочего процесса в П. у. плазму можно рассматривать и как сплошную среду, и как совокупность частиц (ионов и электронов). В рамках первого подхода ускорение плазмы обусловлено перепадом полного (ионного и электронного) давления p = pi + pe и действием силы Ампера FAмп (см. Ампера закон), возникающей при взаимодействии токов, текущих в плазме, с магнитным полем, FAмп ~ [jB], где j — плотность тока в плазме, В — индукция магнитного поля.

>Aмп (см. Ампера закон), возникающей при взаимодействии токов, текущих в плазме, с магнитным полем, FAмп ~ [jB], где j — плотность тока в плазме, В — индукция магнитного поля.

  В рамках второго подхода ускорение ионов может происходить в результате: 1) действия электрического поля Е, существующего в плазменном объёме; 2) столкновений направленного потока электронов с ионами («электронного ветра»); 3) столкновений ионов с ионами, благодаря которым энергия хаотического движения ионов переходит в направленную (тепловое или газодинамическое ускорение ионов). Наибольшее значение для П. у. имеет электрическое ускорение ионов, меньшее — два последних механизма.

Классификация плазменных ускорителей. П. у. делятся на тепловые и электромагнитные в зависимости от того, преобладает ли в процессе ускорения перепад полного давления р или сила Ампера.

  Среди тепловых П. у. основной интерес представляют неизотермические ускорители, в которых pe >> pi. Это объясняется тем, что обычно трудно создать плазму с высокой температурой ионов Ti, и сравнительно просто — с «горячими» электронами (Te >> Ti). Такая плазма является неизотермической. Конструктивно неизотермический ускоритель представляет собой «магнитное сопло» (рис. 2), в котором либо путём инжекции быстрых электронов, либо путём электронного циклотронного резонанса создают плазму с «горячими» электронами, Te ~ 107109 К, или в энергетических единицах: kTe ~ 103105эв (где k Больцмана постоянная).

Рис. 2. Схема неизотермического плазменного ускорителя. Электронный пучок, выходящий из электронной пушки ЭП, нагревает электроны в газоразрядной камере ГК и ионизует рабочее вещество РВ, подаваемое в камеру. Образующаяся ускоренная плазма УП под действием перепада электронного давления вытекает, вдоль магнитных силовых линий, создаваемых катушками магнитного поля КМП. Плазменные ускорители.

Рис. 2. Схема неизотермического плазменного ускорителя. Электронный пучок, выходящий из электронной пушки ЭП, нагревает электроны в газоразрядной камере ГК и ионизует рабочее вещество РВ, подаваемое в камеру. Образующаяся ускоренная плазма УП под действием перепада электронного давления вытекает, вдоль магнитных силовых линий, создаваемых катушками магнитного поля КМП.

Электроны, стремясь покинуть камеру, создают электрическое поле объёмных зарядов, которое «вытягивает» (ускоряет) ионы, сообщая им энергию порядка kTe.

  Электромагнитные П. у. подразделяются по характеру подвода энергии к плазме. Различают три класса:

  а) радиационные ускорители, в которых ускорение плазменного потока происходит за счёт давления электромагнитной волны, падающей на плазменный сгусток (рис. 3, а); б) индукционные ускорители — импульсные системы, в которых внешнее нарастающее магнитное поле Виндуцирует ток j в плазменном кольце (рис. 3, б), созданном тем пли иным способом. Взаимодействие этого тока с радиальной составляющей внешнего магнитного поля создаёт силу Ампера, которая и ускоряет плазменное кольцо; в) электродные плазменные ускорители, в которых существует непосредственный контакт ускоряемой плазмы с электродами, подключенными к источнику напряжения. При амперовом взаимодействии этого тока с внешним (т. е. созданным автономными магнитными системами) или собственным (созданным током, протекающим через плазму) магнитным полем происходит ускорение плазмы. Наиболее изученными и многочисленными являются электродные П. у., которые ниже будут рассмотрены подробнее.

Рис. 3. а — схема радиационного плазменного ускорителя: КМП — катушки магнитного поля; В — волновод; П — плазменный сгусток; ЭВ — электромагнитная волна; б — схема индукционного плазменного ускорителя: В — магнитное поле; ПК — плазменное кольцо; ИК — индукционная катушка; j — ток в плазменном кольце. Плазменные ускорители.

Рис. 3. а — схема радиационного плазменного ускорителя: КМП — катушки магнитного поля; В — волновод; П — плазменный сгусток; ЭВ — электромагнитная волна; б — схема индукционного плазменного ускорителя: В — магнитное поле; ПК — плазменное кольцо; ИК — индукционная катушка; j — ток в плазменном кольце.

А. Плазменные ускорители с собственным магнитным полем
Б. Плазменные ускорители с внешним магнитным полем
Так же Вы можете узнать о...


Калифорнийский мак, однолетнее растение рода эшшольция; название употребляется в цветоводстве.
Латеранские соглашения, между итальянским государством и Ватиканом, привели к правовому урегулированию взаимных претензий между Италией и папским престолом, к ликвидации «Римского вопроса», существовавшего с 1870; определили права и привилегии католической церкви, её положение в итальянском государстве.
Накосари-де-Гарсиа (Nacozari de García), город на С.
Полиметиновые красители, органические соединения, содержащие цепь из нечётного числа метиновых групп =СН— с сопряжёнными двойными связями, общей формулы Х (CH=CH) nCH=Y (где Х и Y — группы с атомами N, О или S; n = 1—5); часть метиновых групп обычно входит в гетероциклы или ароматические остатки.
СИ, система интернациональная, см. Международная система единиц.
Турбовентиляторный двигатель ,двухконтурный турбореактивный двигатель, у которого отношение расходов воздуха через внешний и внутренний контуры больше 1.
Шилф Ян (парт. псевд.— Яунзем) [8(20).9.1891, Рига, — 11.
Ахпат, средневековый армянский монастырский комплекс 10—13 вв.
Восточно-Маньчжурские горы, горы в Азии, северо-западная часть Маньчжуро-Корейских гор; см.
Дублет (франц. doublet, от double — двойной), 1) второй экземпляр какой-либо вещи в коллекции, музее, библиотеке и т.
Китченер (город в Канаде) Китченер (Kitchener), город на Ю. Канады, в провинции Онтарио, в долине р.
Мазель Лев (Лео) Абрамович [родился 13(26).5.
Овеществлённый труд, см. в статьях Товар, Труд, Стоимость.
Пьезоэлектрические материалы, кристаллические вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см.
Сравнительно-исторический метод (историч.) Сравнительно-исторический метод, научный метод, с помощью которого путём сравнения выявляется общее и особенное в исторических явлениях, достигается познание различных исторических ступеней развития одного и того же явления или двух разных сосуществующих явлений; разновидность исторического метода (см.
Фламмарион Камиль Фламмарион (Flammarion) Камиль (26.2.1842, Монтиньи-ле-Руа, – 4.
Ювеналии (лат. Juvenalia — юношеские игры), у древних римлян праздник с играми и театральными представлениями в честь богини юности Ювенты.