Студопедия — Классификация плазменных ускорителей
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Классификация плазменных ускорителей






Все разнообразие плазменных ускорителей обычно разделяют по таким параметрам, как временной режим работы, характер подачи рабочего вещества, механизм ускорения, способ подвода энергии, расходуемой на ускорение. В соответствии с этими признаками ПУ подразделяют на импульсные и непрерывного действия, с подачей рабочего вещества в виде газа, пара или эрозионные, в которых плазмообразующая среда вводится в виде твердого материала (проводники, диэлектрики).

С позиций механизма ускорения плазмы и ввода энергии ПУ можно классифицировать следующим образом:

§ электротермические плазменные ускорители,

§ электростатические плазменные ускорители,

§ радиационные плазменные ускорители,

§ магнитоплазмодинамические плазменные ускорители.

В первом типе ПУ преобладает газодинамический механизм ускорения ионов, в остальных плазма ускоряется электрическими и магнитными полями.

Электротермические плазменные ускорители. Подводимая энергия расходуется на нагрев и ионизацию газообразного рабочего вещества, которое ускоряется за счет газокинетических явлений (в процессе ускорения преобладает перепад давления ). В частности, к таким ПУ относится неизотермический ускоритель с "магнитным соплом", в котором "горячие" электроны (Те = 107 – 109 К или, в энергетических единицах, kTe = 103 – 105 эВ) инжектируются в камеру с рабочим газом, находящуюся в неоднородном магнитном поле. Быстрые электроныионизуют газ. Стремясь покинуть камеру, они создают объёмные заряды (без нарушения квазинейтральности!), электрическое поле которых «вытягивает» и ускоряет ионы, сообщая им энергию порядка kTe. На рис 2.7 приведена 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.

Электростатические плазменные ускорители. Электромагнитная энергия расходуется на ионизацию рабочего вещества и ускорение ионов в электростатическом поле. Для получения на выходе потока плазмы пучок ионов нейтрализуется соответствующим количеством электронов.


Радиационные плазменные ускорители. В ПУ этого типа ускорение плазменного потока происходит за счёт давления электромагнитной волны, падающей на плазменный сгусток (рис. 2.8). Радиационные ПУ интересны с точки зрения физики взаимодействия, но в настоящее время применения для целей плазменных технологий не нашли.

Наибольшими потенциальными возможностями для широкого круга плазменных технологических процессов среди всего спектра ускорителей обладают магнитоплазмодинамические ускорите-ли (МПДУ), в которых ускорение плазменного потока осуществляется за счет сил, возникающих в результате взаимодействия магнитного поля с током, протекающим через плазму (силы Ампера).

Магнитоплазмодинамические плазменные ускорители в свою очередь бывают безэлектродными (индукционные, высокочастотные) и электродными.

Индукционные и ВЧ ускоряющие системы пока не получили широкого технологического применения, хотя принципы ускорения плазмы в них весьма привлекательны. Так, в индукционном плазменном ускорителе (рис. 2.9) плазменный сгусток (в идеале – кольцевой формы) взаимодействует с импульсным нарастающим магнитным полем, создаваемым соленоидом, соосным с осью симметрии плазменного кольца. Инициируемый этим полем ток в плазменном кольце взаимодействует с самим же магнитным полем, что приводит к возникновению силы Ампера, выталкивающей плазму в сторону от соленоида. Величина силы и время взаимодействия зависят от параметров создаваемой плазмы, ее формы, скорости изменения магнитной индукции, максимального значения магнитной индукции в области взаимодействия поля с плазмой.

 

Более изучены на практике и многочисленны в применениях электродные магнитоплазмодинамические ПУ. Рассмотрим лишь наиболее характерные из них.

 

 

2.2.2 Плазменный ускоритель с замкнутым дрейфом электронов (УЗДП)

 

Схема ПУ такого типа, называемого еще ускорителем с замкнутым дрейфом электронов и фокусировкой в протяженном ускоряющем слое с помощью магнитного поля (УЗДП), показана на рис. 2.10.

Основные элементы УЗДП – система магнитов с коаксиальным магнитопроводом, кольцевой ускорительный диэлектрический канал (разрядная камера), анод в глубине канала, служащий также распределителем рабочего газа или пара, катод-компенсатор, эмиттирующий электроны.

Если между анодом и катодом приложить разность потенциалов, то электроны начнут дрейфовать перпендикулярно электрическому Е и магнитному Н полям, описывая в кольцевом канале кривые, близкие к циклоиде. Величина магнитного поля Н в ускорительном кольцевом канале и его длина L подбираются так, чтобы шаг электронной циклоиды hе был много меньше L. В этом случае говорят, что электроны "замагничены".

Шаг ионной циклоиды hi в силу большой массы Мi иона в Мi /mе раз превосходит he (mе – масса электрона). Поэтому если сделать длину канала L много меньше h i, то ионы будут слабо отклоняться магнитным полем и под действием электрического поля будут ускоряться практически по прямой линии.

Энергия, набираемая ионами в таком ускорителе, близка к разности потенциалов, приложенной между анодом и катодом, умноженной на заряд иона (W ≈ qU), а разрядный ток близок к току ускоренных ионов. В целом описываемый плазменный ускоритель работает следующим образом. Ускоряемый газ поступает через анод в кольцевой ускорительный канал УК (рис. 2.10). Здесь в облаке дрейфующих по циклоиде электронов нейтральные атомы ионизуются. Возникший при ионизации электрон за счёт столкновений и под влиянием сил, действующих со стороны электрического и магнитного полей дрейфует в сторону анода, а ион, ускоренный электрическим полем Е, покидает канал. После выхода из канала ион (чтобы не нарушалась квазинейтральность) получает электрон от катода-компенсатора КК.

Распределение радиальной составляющей магнитной индукции Вr (напряженности магнитного поля Нr)вдоль оси канала неравномерное (рис. 2.11), она нарастает от анода к срезу разрядной камеры (выходу ускорителя). Это позволяет:

§ уменьшить долю ионов, попадающих на стенки канала, путем фокусировки ионного потока;

§ достичь большей устойчивости режима ускорения посредством подавления колебаний (неустойчивостей) плазмы в канале.

В случае идеальной организации процесса поток электронов вдоль канала должен быть равен нулю, т.е. разрядный ток Iр должен быть равен току ускоренных ионов Ii. В лучших конструкциях таких ПУ величина Ii/Iр близка к единице.

Такие ускорители позволяют получать ионные токи до нескольких десятков ампер с энергией ионов до одного килоэлектронвольта, однако плотность ионного тока у них небольшая: ji ~ 0,1 А/см2. Мощность потоков в ПУ такого типа небольшая (до 100 Вт)







Дата добавления: 2015-08-31; просмотров: 873. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Примеры задач для самостоятельного решения. 1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P   1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P...

Дизартрии у детей Выделение клинических форм дизартрии у детей является в большой степени условным, так как у них крайне редко бывают локальные поражения мозга, с которыми связаны четко определенные синдромы двигательных нарушений...

Педагогическая структура процесса социализации Характеризуя социализацию как педагогический процессе, следует рассмотреть ее основные компоненты: цель, содержание, средства, функции субъекта и объекта...

Метод Фольгарда (роданометрия или тиоцианатометрия) Метод Фольгарда основан на применении в качестве осадителя титрованного раствора, содержащего роданид-ионы SCN...

Потенциометрия. Потенциометрическое определение рН растворов Потенциометрия - это электрохимический метод иссле­дования и анализа веществ, основанный на зависимости равновесного электродного потенциала Е от активности (концентрации) определяемого вещества в исследуемом рас­творе...

Гальванического элемента При контакте двух любых фаз на границе их раздела возникает двойной электрический слой (ДЭС), состоящий из равных по величине, но противоположных по знаку электрических зарядов...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия