Такой способ используется в МГД генераторах, в которых работает плотный слабоионизованный газ, а скорости потока относительно невелики (< 1 км/с). Совсем иная ситуация в плазменном ускорителе. Здесь мала плотность и большие скорости, измеряемые сотнями и тысячами км/с. Здесь рассечка электродов неприемлема, т. к. электроды должны иметь магнитную защиту от идущего в канале высоко- энергетичного потока, а при рассечке это невозможно. Анализ течений идеальной плазмы в осесимметричных каналах, проведенный в разделе 3.6, показал, что можно оставить электроды эквипотенциальными, но тогда надо переходить на перенос разрядного тока ионами (рис. 3.6.3). А для этого надо сделать анод способным эмитировать ионы, а катод — их принимать. Таким образом, роль сплошных метал- лических электродов должны взять на себя сложные плазмодинамические системы, которые способны сопрячь ионный токоперенос в канале ускорителя с электронным токопереносом во внешней цепи. Такие системы был названы "трансформерами". И ещё один существенный элемент КСПУ. Выше, при описании процесса в про- стом коаксиальном квазистационарном ускорителе КПУ-I, отмечалась неустойчи- вость фронта ионизации. Для того, чтобы избежать неприятностей с этой неустойчи- востью, при создании КСПУ была принята двухступенчатая система: поступающий в ускоритель газ сначала попадает во входные ионизационные камеры (ВИК), где он ионизуется и приобретает некую начальную скорость. Эти ВИК'и также были коаксиальными сильноточными ускорителями, которые работали при Jp < JKp. В созданных КСПУ использовались 4-6 ВИК'ов. Генерируемые ими потоки плаз- мы поступали в "дрейфовый" канал, где растекались по азимуту и подстраивались под изомагнитную конфигурацию, для чего генерировали токовые вихри. В итоге общая схема КСПУ имеет вид, представленный на рис. 3.7.9. Трансформеры. Принципиальные схемы функционирования трансформеров изобра- жены на рис. 3.7.10. В анодном транс- формере (рис. 3.7.10а) имеется 4 основных элемента: 1 — газоразрядные устройства АИК'и (анодные ионизационные камеры), создающие плазму из поступающего в них нейтрального газа, 2 — магнитной систе- мы, формирующей тракты для движения электронов и ионов в объёме трансформера, а также экранирующие (где надо) поверхно- сти твёрдотельных элементов трансформе- ра, 3 — приемник электронов, замыкающий объём трансформера с внешней электриче- ской цепью, 4 — магнитная поверхность, II Рис. 3.7.9. Структурная схема КСПУ: I — первая ступень, ВИК — входная иониза- ционная камера, ДрК — дрейфовый канал, II — вторая ступень, Тд — анодный транс- формер, Тк — катодный трансформер разделяющая трансформер и ускорительный канал. Через эту магнитную анодную поверхность — "МАП", токонесущие ионы из трансформера поступают в канал. 3.7. Численные и экспериментальные исследования 187 Функциональная схема катодного трансформера изображена на рис. 3.7.106. В этом трансформере имеются элементы, "ответные" к анодному трансформеру: 1 — магнитная катодная поверхность (МКП), принимающая ионы, выпадающие из уско- ряемого потока, 2 — эмиттер электродов, соединённый с внешней цепью и дающий электроны для компенсации объёмного заряда ионов, идущих из ускоряемого потока, и тем самым для "перехвата" функции переноса тока от ионов к электронам. Нако- нец, в состав катодного трансформера входят магнитная система C) и "плазмоотвод" обесточенной плазмы D). Использование трансформеров, т. е. переход на ионный токоперенос, ещё более остро ставит проблему магнитной экранировки электродов. Эта экранировка может быть реализована магнитными полями самой разной конфигурации. На рис. 3.7.11 изображена магнитная система анодного Z-трансформера (Z-Тд). Его так называ- ют, поскольку магнитная конфигурация здесь в основном формируется вытянутыми вдоль оси стержнями с током. Здесь выделены магнитные поверхности: МАП — анодная, эмитирующая ионы, и МК — катодная, принимающая ионы. В анодном трансформере вдоль нулевых линий магнитного поля из специальных инжекторов — анодных ионизационных камер (АИК), инжектируется плазма, которая растекается по всей МАП. Сами АИК изображены на рис. 3.7.12, и представляют небольшие квазистационарные плазменные ускорители — КПУ, работающие при докритических Рис. 3.7.10. Функциональные схемы трансформеров: а — анодный трансформер, б — катодный трансформер АИК МАП МАП МК в а б "УСЫ" Рис. 3.7.11. Магнитная система анодного ^-трансформера (Z—Ta): сечения проводников, формирующих магнитную конфигурацию (а), вид сепаратрисной поверхности (б), положение замыкающих электродов (ЗЭ) (в); АИК — анодные ионизационные камеры, МЭП — магнитная эмитирующая поверхность, МК — катодная, принимающая ионы, поверхность 188 Гл. 3. Двухжидкостные гидродинамические модели плазмы разрядных токах. Приемники электронов здесь имеют вид изогнутых пластин, пе- ресекающих сепаратрису (рис. 3.7.11 в). Стержни с током, формирующие магнитную конфигурацию анодного трансформера, хорошо экранированы магнитным полем. Впрочем, в объёме и вблизи этого трансформера плазма малоэнергичная. Схематиче- ский вид КСПУ с анодным и катодным Z-трансформерами изображён на рис. 3.7.13. Здесь приемник электронов в в Z—T& имеет вид многоарочной поверхности, которая находится под потенциалом земли. Он хорошо виден на фото 3.7.14а. Рис. 3.7.12. Схемы вариантов анодных ионизационных камеры (АИК) и входных ионизаци- онных камер (ВИК): а — модель ХФТИ, г.Харьков; б — модель ИФ, г.Минск. На схемах показаны: 1 — катод, 2 — анод, 3 —клапан, 4 — кожух 6 7 1 а ^ Х8 б Рис. 3.7.13. Общая схема КСПУ: сечение плоскостью (r,z) (а), сечение плоскостью z = const (б); 1 — анодный трансформер, 2 — анодный коллектор, 3— магнитная система анодного трансформера, 4— катодный трансформер, 5— анодная ионизационная камера (АИК), б— дрейфовый канал, 7— входная ионизационная камера (ВИК), 8— медные трубки катодного трансформера, 9— игольчатые катодные эмиттеры Остановимся теперь коротко на катодных трансформерах. Конструктивно они, так же как и анодные трансформеры, могут быть выполнены разными способами. Однако, пока "жизнеспособным" оказался только катодный Z-трансформер. Его внешний вид наглядно представлен на фотографии 3.7.146. Z-трансформер набирается из медных трубок, изогнутых так, как показано на этих рисунках. Внутри трубок протягивается сильноточные кабели, которые запитываются от внешнего источника. Их магнитное поле способствует формированию соплообразного канала КСПУ и тепловой защите трубок от выпадающих из потока на катод "токонесущих" ионов. На внутренней 3.7. Численные и экспериментальные исследования 189 (по отношению к катоду) стороне трубок укреплены иглы (9), которые являются эмиттерами электронов, поскольку они провоцируют зажигание дуговых разрядов. Таким образом, из пришедших внутрь трансформеров ионов и электронов образуется "обесточенная" плазма, которая через прорези в центральной трубе поступает в эту трубу и вытекает наружу. Рис. 3.7.14. Трансформеры КСПУ К50: а — анодный, б — катодный трансформеры
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Принципиальная схема КСПУ в целом» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
