СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ В ГАЗАХ АТМОСФЕРНОГО И ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING HIGH-ENERGY PULSE-PERIODIC PLASMA STREAMS IN GASES AT ATMOSPHERIC AND HIGH PRESSURE

Изобретение относится к области физики плазмы и плазменных технологий и может быть использовано при разработке и создании источников высокоинтенсивных плазменных потоков для научных и технологических применений.
Известен способ [1] получения высокоэнергетических импульсных плазменных потоков в газах высокого давления, в котором в канале коаксиального плазменного ускорителя при электрическом разряде между электродами формируется плазменная токовая оболочка, которая ускоряется электродинамической силой. Недостатком данного способа является сильная неравномерность параметров плазменной оболочки по периметру канала и, как следствие, низкий коэффициент преобразования электрической энергии в кинетическую энергию плазменной токовой оболочки и вовлеченного в движение газа, а также высокий уровень шума при срабатывании ускорителя.
Наиболее близким к предлагаемому способу является представленный в [2] способ получения высокоэнергетических импульсно-периодических плазменных потоков в газах атмосферного давления, при котором с помощью импульсно-периодического детонационного устройства в канал коаксиального ускорителя впрыскивается газоплазменный сгусток, который ускоряется электродинамической силой. Недостатком данного способа является сложность осуществления, чрезвычайно высокий уровень шума при детонации горючей смеси в канале (до 200 дБ), экологическая опасность.
Задачей заявляемого изобретения является разработка экологически чистого и высокоэффективного способа получения высокоэнергетических импульсно-периодических плазменных потоков в газах атмосферного и повышенного давления. Для решения поставленной задачи предложен способ получения высокоэнергетических импульсно-периодических плазменных потоков в газах атмосферного давления и повышенного давления, в котором в канале коаксиального плазменного ускорителя создают плазменную токовую оболочку и обеспечивают ее электродинамическое ускорение.
Новым, по мнению автора, является то, что в канале ускорителя предварительно создают область пониженной плотности газа с высокой степенью ионизации в области формирования плазменной токовой оболочки. Сущность заявляемого способа поясняется чертежом (фиг.1).
С помощью внешнего непрерывного источника 1 газоплазменного потока 2 с температурой 2000-6000 K при атмосферном и повышенном давлении в канале плазменного ускорителя, образованном электродами, анодом 3 (в данной конструкции-набор стержней) и катодом 4, создают поток ионизованого газа с пониженой вследствие нагрева плотностью, плавно нарастающей по мере движения газа по ускорительному каналу при его охлаждении. Экран 5 ограничивает растекание газа. В области формирования плазменной токовой оболочки, в области пробоя газа в самом узком месте канала при приложении к промежутку анод-катод импульсно-периодического высокого напряжения создается область пониженной плотности и высокой степени ионизации газа. Возникшая плазменная токовая оболочка ускоряется силой Лоренца вдоль оси ускорительного канала.
Снижение плотности газа при одновременном повышении уровня ионизации обеспечивает как уменьшение напряжения пробоя, так и плавный характер формирования однородной по периметру плазменной токовой оболочки. При этом резко снижается уровень шума (не более 90 Дб), а плавное нарастание плотности газа по длине ускорительного канала создает условия для плавного ускорения оболочки при плавном нарастании вовлеченной в движение массы газа. Однородность плазменной токовой оболочки по периметру ускорительного канала обеспечивает высокий коэффициент преобразования электрической энергии в кинетическую энергию плазменной оболочки и вовлеченного в движение газа.
3
Экспериментально показано, что заявляемый способ позволяет получать плазменные потоки в воздухе атмосферного давления с параметрами: температура плазмы - 10-15·10 K, скорость потока - 1-8 км/с при сечении потока до 2-3 см в диаметре. При использовании непрывного источника газоплазменного потока воздуха, азота, аргона или иного экологически чистого газа получаем экологически чистый источник высокоэнергетических импульсно-периодических плазменных потоков в газах атмосферного и повышенного давления.
Список литературы
1. Лебедев А.Д. Урюков Б.А.. // Импульсные ускорители плазмы высокого давления. Новосибирск, 1990. 290 с.
2. Тюрин Ю.Н. Импульсно-плазменная обработка [Текст] / Ю.Н.Тюрин // Автоматическая сварка, 2001 г., №1, с.38-44.