Патент на изобретение №2175155
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСОВ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРИБОРЕ С ВИРТУАЛЬНЫМ КАТОДОМ И ВИРКАТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
(57) Реферат: Изобретение относится к сильноточной СВЧ-электронике. Техническим результатом является увеличение длительности импульса СВЧ-генерации. Способ генерации импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом заключается в том, что формируют тонкий плазменный слой, отделяющий диод прибора с виртуальным катодом от эквипотенциальной полости, а затем в сильноточном вакуумном диоде формируют импульсный электронный пучок и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную полость, в месте формирования плазменного слоя предварительно до его формирования создают взвесь частиц конденсированного вещества размером 0,1-1000,0 мкм. Виркатор, реализующий предлагаемый способ, содержит коаксиально расположенные катодный электрод и анодный электрод, ограничивающий эквипотенциальную полость, источник импульсного напряжения, выходной рупор с окном вывода излучения, радиально установленные на анодном электроде плазменные инжекторы и имеет по меньшей мере один инжектор частиц конденсированного вещества, который устанавливается напротив одного из плазменных инжекторов. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к сильноточной СВЧ-электронике и может быть использовано при создании мощных импульсных генераторов СВЧ-излучения. В этой же работе [1] описана конструкция виркатора, реализующего известный способ. Согласно этому описанию виркатор содержит коаксиально расположенные катодный электрод и анодный электрод, который ограничивает эквипотенциальную полость, источник импульсного напряжения, выходной рупор с окном вывода излучения, причем анодный электрод выполнен в виде полого цилиндра с установленной на нем напротив катода сетчатой диафрагмы. Недостатком этого способа является невозможность получения длинных импульсов (> 2 мкс) СВЧ-генерации. Причиной этому является образование в диодной области плотных плазменных анодного и катодного факелов, которые, распространяясь навстречу друг другу, закорачивают за время порядка 1-1,5 мкс диодный промежуток. Недостатком виркатора, реализующего этот способ, также является невозможность получения длинных импульсов СВЧ-генерации. Однако эта длительность все же мала для того, чтобы использовать такие генераторы, например, для продолжительного СВЧ-нагрева термоядерной плазмы в физических исследованиях. При использовании способа и виркатора для его реализации [2] длительность импульса ограничена быстрым расплыванием и, следовательно, малым временем жизни плазменного слоя, которые определяются инертностью ионов плазмы. Таким образом, техническая задача состоит в том, чтобы создать способ генерации импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом и виркатор для его реализации, с помощью которых можно увеличить время существования плазменного слоя с тем, чтобы в итоге увеличить длительность импульсов СВЧ-генерации. Технический результат, достигаемый при реализации заявляемых способа генерации импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом, состоит в том, что в них время существования плазменного слоя можно существенно увеличить, замедлив скорость его расплывания. В виркаторе, в котором реализуется заявляемый способ, конструкция такова, что время существования плазменного слоя увеличена по сравнению с известным. Этот результат достижим за счет того, что известный способ генерации импульсов в приборе с виртуальным катодом, заключающийся в том, что формируют тонкий плазменный слой, разделяющий диод прибора с виртуальным катодом от эквипотенциальной полости, а затем в сильноточном вакуумном диоде формируют импульсный электронный пучок и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную полость, и в отличие от него [2] в предлагаемом способе в месте формирования плазменного слоя предварительно до его формирования создают взвесь частиц конденсированного вещества размером от 0,1 до 1000,0 мкм. Известный виркатор, реализующий способ, содержит коаксиально расположенные катодный электрод и анодный электрод, ограничивающий эквипотенциальную полость, источник импульсного питания, выходной рупор с окном вывода излучения, радиально установленные на анодном электроде плазменные инжекторы, а предлагаемый в отличие от него имеет по меньшей мере один инжектор частиц конденсированного вещества, который устанавливается напротив одного из плазменных инжекторов. Принцип действия такого прибора основан на создании анода в виде тонкого листа так называемой запыленной плазмы путем предварительного, до формирования плазменного слоя, создания в его области взвеси частиц конденсированного вещества. В такой плазме частицы конденсированного вещества приобретают отрицательный электрический заряд величиной 103-105 зарядов электронов за характерное время 10-100 нс, а плазма при этом становится сильносвязанной. Скорость расплывания запыленной плазмы на несколько порядков меньше скорости расплывания обычной электрон-ионной плазмы, так как она определяется инерцией уже не положительных ионов, а отрицательно заряженных частиц конденсированного вещества. Более того, в работе [4] (Дубинов А.Е., Жданов B.C., Игнатов А. М. и др. Определение сил притяжения между частичками пыли в запыленной плазме. Краткие сообщения по физике ФИАН, 1997, N 7-8, с. 46) было экспериментально установлено, что в запыленной плазме одноименно заряженные частицы конденсированного вещества на расстояниях, превышающих радиус Дебая-Хюккеля в плазме, притягиваются, что является причиной возникновения сил поверхностного натяжения на границе запыленной плазмы и, следовательно еще большего снижения скорости расплывания. Таким образом, уменьшение скорости расплывания плазмы позволяет прикладывать к диоду виркатора импульс напряжения большей длительности, чем достигается технический результат – увеличение длительности импульса СВЧ-генерации. Для реализации предлагаемого способа и виркатора на его основе не важно, находятся ли частицы конденсированного вещества в твердой или жидкой фазе, являются ли они диэлектриками или проводниками, какова их форма и внутренняя структура. Важно лишь, чтобы частицы могли свободно левитировать в плазме в присутствии поля гравитации Земли. Для этого размер сплошных частиц не должен превышать 100 мкм. В случае же, когда используются частицы в виде полых тонкостенных сфер, размер частиц может быть увеличен до 1000 мкм. Введение в виркатор по меньшей мере одного инжектора конденсированного вещества в сочетании с установкой его напротив одного из плазменных инжекторов на анодном электроде позволяет создать в области плазменного слоя взвесь конденсированного вещества. Благодаря этому срабатывает вышеназванный механизм увеличения времени компактного существования плазменного слоя. Отметим, что после создания слоя запыленной плазмы (плазменно-пылевого анода) в диоде формируют электронный пучок и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную полость. Это условие, накладываемое на величину тока пучка, является необходимым для того, чтобы в эквипотенциальной полости сформировался виртуальный катод. Величина предельного вакуумного тока определяется геометрией эквипотенциальной полости и энергией электронов в пучке. Для некоторых частных случаев величина предельного вакуумного тока приведена, например, на стр. 296-299 [5] (Кузелев М.В., Рухадзе А.А. “Электродинамика плотных электронных пучков в плазме”, М.: Наука, 1990). Вся практика эксплуатации СВЧ приборов с виртуальным катодом [1, 3] свидетельствует о технической достижимости величины предельного вакуумного тока в электронных пучках. Способ осуществляется следующим образом. Сначала инжектируют в эквипотенциальную полость частицы конденсированного вещества путем механического встряхивания контейнера частиц 11. После формирования облака частиц в него инжектируют плазменные струи, формируя плазменно-пылевой анод (показан точками и кружками). Затем с помощью импульсного источника питания подают отрицательный потенциал на катодный электрод 1. В результате взрывной эмиссии электронов пучок ускоряется в промежутке “торец катодного электрода – плазменно-пулевой анод” и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную полость, ограниченную анодным электродом 2. Тогда в эквипотенциальной полости формируется виртуальный катод, колебания которого являются источником мощного СВЧ- излучения, выводимого в свободное пространство сквозь окно вывода излучения 4. С помощью предлагаемого способа в виркаторе с плазменно-пылевым анодом можно получить СВЧ – импульс длительностью 10-20 мкс, чем достигается решение поставленной технической задачи. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 30.03.2007
Извещение опубликовано: 20.02.2008 БИ: 05/2008
|
||||||||||||||||||||||||||
