Ускоритель плазмы

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт 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, два электрода, размещенных в вакуумной камере, разделенных изолятором и подключенных к источнику питания, внутренний электрод выполнен в виде осесимметричного стержня, а внешний, охватывающий внутренний электрод, - в виде совокупности прямолинейных стержней, закрепленных на держателях, которые установлены в торцах камеры, отличающийся тем, что стержни внешнего электрода соединены с держателями при помощи шаровых шарниров, причем внутренний держатель закреплен на изоляторе, внешний держатель закреплен на вакуумной камере, между изолятором и вакуумной камерой установлено вакуумное уплотнение,изолятор вместе с внутренним электродом и внутренним держателем может поворачиваться вокруг оси относительно вакуумной камеры.(56) 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 Н 05 Н 1/24, Н 05 Н 1/54, 20.08.2003. 36832007.06.30 Полезная модель относится к плазменной технике, в частности к плазменным ускорителям, и может быть использована для получения высокоэнергетических плазменных струй, а также в технологических ускорителях, применяемых в процессах вакуумноплазменной технологии. Известен ускоритель плазмы 1, содержащий источник питания, два коаксиальных электрода, размещенных в вакуумной камере и разделенных 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, размещенных в вакуумной камере, разделенных изолятором и подключенных 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 достигает скорости звука. А в расширяющейся части сопла и, следовательно, на выходе из ускорителя скорость будет сверхзвуковая. Недостатком данного ускорителя плазмы является 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 полезной моделью, - расширение технологических возможностей ускорителя плазмы за счет регулирования скорости потока плазмы на выходе из ускорителя. Технический результат достигается тем, что в ускорителе плазмы, содержащем источник питания, два электрода, размещенных в вакуумной камере, разделенных изолятором и подключенных к источнику питания, причем внутренний электрод выполнен в виде осесимметричного стержня, а внешний, охватывающий внутренний электрод, - в виде совокупности прямолинейных стержней, закрепленных на держателях, которые установлены в торцах камеры, стержни внешнего электрода соединены с держателями при помощи шаровых шарниров, причем внутренний держатель закреплен на изоляторе, внешний держатель закреплен на вакуумной камере, между изолятором и вакуумной камерой установлено вакуумное уплотнение, изолятор вместе внутренним электродом и внутренним держателем может поворачиваться вокруг оси относительно вакуумной камеры так, что один из концов каждого из стержней будет разнесен от другого конца по азимуту относи 2 36832007.06.30 тельно оси внутреннего электрода на один и тот же угол, при этом огибающая поверхность совокупности стержней будет представлять собой однополостный гиперболоид вращения, величина площади наименьшего сечения которого зависит от угла поворота, а на торцах камеры остается постоянной. На фиг. 1 показано заявляемое устройство в разрезе. Ускоритель плазмы содержит источник питания 1, размещенные в вакуумной камере 2 два электрода - внутренний 3 в виде цилиндрического стержня и внешний 4, разделенные изолятором 5 и подключенные к источнику питания 1, внешний электрод 4 выполнен в виде совокупности стержней, закрепленных на внутреннем держателе 6 и внешнем держателе 7, которые установлены в торцах вакуумной камеры 2, стержни внешнего электрода 4 соединены с держателями при помощи шаровых шарниров 8, внутренний держатель 6 закреплен на изоляторе 5, внешний держатель 7 закреплен на вакуумной камере 2, между изолятором 5 и вакуумной камерой 2 установлено вакуумное уплотнение 9. 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. Через напускной клапан 10 в межэлектродный зазор ускорителя напускается рабочий газ. На разделенные изолятором 5 электроды 3 и 4 подается напряжение от источника питания 1, происходит пробой межэлектродного промежутка и образовавшаяся плазма начинает ускоряться силами магнитного давления. Установка между изолятором 5 и вакуумной камерой 2 вакуумного уплотнения 9 и соединение стержней внешнего электрода 4 с держателями 6 и 7 при помощи шаровых шарниров 8 позволяют поворачивать внутренний держатель 6 относительно внешнего 7, при этом один из концов каждого из стержней внешнего электрода 4 будет разнесен от другого конца по азимуту относительно оси внутреннего электрода 3 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 вакуумной камеры 2 остается постоянной. Конфигурация стержней внешнего электрода 4 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3