Ускоритель плазмы

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждениеИнститут порошковой металлургии(72) Авторы Белявин Климентий Евгеньевич Кузнечик Олег Ольгердович Минько Дмитрий Вацлавович Хроленок Валерий Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Ускоритель плазмы, содержащий источник питания и два подключенных к нему электрода, разделенные изолятором и размещенные в вакуумной камере, внутренний из которых выполнен в виде осесимметричного стержня, а внешний, охватывающий внутренний электрод, - в виде совокупности прямолинейных стержней, соединенных концами с двумя установленными в торцах камеры держателями, один из которых выполнен неподвижно закрепленным, отличающийся тем, что стержни внешнего электрода соединены с держателями при помощи шаровых шарниров, а второй держатель связан с приводом для возможности поворота вокруг оси так, чтобы обеспечить разнесение одного конца каждого стержня от другого по азимуту относительно оси внутреннего электрода на один и тот же угол. 10941 1 2008.08.30 Изобретение относится к плазменной технике, в частности к плазменным ускорителям, и может быть использовано для получения высокоэнергетических плазменных струй,а также в технологических ускорителях, применяемых в процессах вакуумно-плазменной технологии. Известен ускоритель плазмы 1, содержащий источник питания, два коаксиальных электрода, размещенные в вакуумной камере и разделенные изолятором. В качестве плазмообразующего рабочего вещества в нем используется газ, который через быстродействующий клапан заполняет межэлектродное пространство. Под действием приложенного напряжения происходит пробой газа. Образованная при этом плазма под действием сил давления магнитного поля ускоряется и выводится через формирующую насадку в виде сопла Лаваля. Однако в процессе ускорения плазма здесь подвержена различным неустойчивостям,например так называемым изгибной и винтовой неустойчивостям, что приводит к потере энергии и срыву процесса ускорения. Этот недостаток устраняется в ускорителе плазмы, выбранном за прототип 2. Ускоритель плазмы содержит источник питания, два электрода, размещенные в вакуумной камере, разделенные изолятором и подключенные к источнику питания, причем внутренний электрод выполнен в виде осесимметричного стержня, а внешний, охватывающий внутренний электрод, - в виде совокупности стержней, одним концом закрепленных на держателе, который установлен в торце камеры. Стержни внешнего электрода выполнены прямолинейными и установлены так, что один из концов каждого из этих стержней разнесен от другого конца по азимуту относительно оси внутреннего электрода на один и тот же угол так, что огибающая поверхность совокупности стержней представляет собой однополостный гиперболоид вращения. Разнесение концов стержней внешнего электрода на азимутальный угол приводит к тому, что помимо азимутальной компоненты магнитное поле приобретает продольную компоненту, что способствует устойчивости плазменной струи. Кроме того, конфигурация стержней внешнего электрода в продольном разрезе представляет собой сопло Лаваля. Скорость плазменной струи по мере движения к узкому участку возрастает и в самом узком сечении достигается скорость звука. А в расширяющейся части сопла и, следовательно, на выходе из ускорителя скорость будет сверхзвуковая. Недостатком данного ускорителя плазмы являются ограниченные технологические возможности невозможность регулирования скорости потока плазмы на выходе из ускорителя, так как в сверхзвуковом сопле скорость в выходном сечении зависит только от отношения площади выходного сечения к площади его критического сечения и не зависит в широких пределах от изменения давления перед соплом. Конфигурация внешнего электрода в данном ускорителе является постоянной, поэтому для изменения параметров потока на выходе из ускорителя необходимо заменять электрод. Техническая задача, решаемая изобретением, - расширение технологических возможностей ускорителя плазмы за счет регулирования скорости потока плазмы на выходе из ускорителя. Технический результат достигается тем, что ускоритель плазмы содержит источник питания и два подключенных к нему электрода, разделенные изолятором и размещенные в вакуумной камере, внутренний из которых выполнен в виде осесимметричного стержня,а внешний, охватывающий внутренний электрод, - в виде совокупности прямолинейных стержней, соединенных концами с двумя установленными в торцах камеры держателями,один из которых выполнен неподвижно закрепленным, причем стержни внешнего электрода соединены с держателями при помощи шаровых шарниров, а второй держатель связан с приводом для возможности поворота вокруг оси так, чтобы обеспечить разнесение одного конца каждого стержня от другого по азимуту относительно оси внутреннего электрода на один и тот же угол. 2 10941 1 2008.08.30 На фигуре показано заявляемое устройство в разрезе. Ускоритель плазмы содержит источник питания 1, размещенные в вакуумной камере 2 два электрода - внутренний 3 и внешний 4, разделенные изолятором 5 и подключенные к источнику питания, причем внутренний электрод 3 выполнен в виде цилиндрического стержня, а внешний 4 - совокупности стержней, закрепленных на держателях 6, которые установлены в торцах камеры, стержни внешнего электрода соединены с держателями при помощи шаровых шарниров 7, держатели могут поворачиваться вокруг оси поворотным устройством 8. В установке может присутствовать напускной клапан газа 10, если ускоряемая плазма получается в результате ионизации напускаемого газа. Возможно также ускорение эрозионной плазмы поверхностного разряда на изоляторе 5. В этом случае необходимость в напускном клапане 10 исчезает. Устройство работает следующим образом. С помощью системы напуска газа через клапан 10 в межэлектродный зазор ускорителя напускается рабочий газ. На электроды 3 и 4 подается напряжение от источника питания 1, происходит пробой межэлектродного промежутка и образовавшаяся плазма начинает ускоряться силами магнитного давления. Соединение стержней внешнего электрода 4 с держателями 6 при помощи шаровых шарниров 7 позволяет с помощью поворотного устройства 8 поворачивать один из держателей относительно другого, при этом один из концов каждого из стержней будет разнесен от другого конца по азимуту относительно оси внутреннего электрода на один и тот же угол,а огибающая поверхность совокупности стержней будет изменяться от цилиндрической к однополостному гиперболоиду вращения, величина площади наименьшего сечения которого зависит от угла поворота, а на торцах камеры остается постоянной. Конфигурация стержней внешнего электрода в виде однополостного гиперболоида вращения позволяет отжать плазменные сгустки от стенок, а также ускорить их до сверхзвуковой скорости. Так как в сверхзвуковом сопле скорость в выходном сечении зависит только от отношения площади выходного сечения к площади его критического (наименьшего) сечения, в предлагаемом устройстве ускорителя плазмы возможно регулирование скорости потока плазмы на выходе из ускорителя. Использование предложенного изобретения выгодно отличается от указанного прототипа тем, что позволяет просто изменять конфигурации стержней внешнего электрода и соответственно параметры плазменного потока, что часто необходимо в процессах вакуумно-плазменной технологии. Источники информации 1. Бабкин А.Л., Дубинов А.Е., Жданов и др. Теоретическое и экспериментальное исследование виркатора с плазменным анодом. Физика плазмы, 1997. Т. 23,4. - С. 343-349. 2. Патент РФ 2210875, МПК В 23 К 10/00, 2003. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3