Способ ударного сжатия вещества, устройство для его осуществления и плазменный катод для такого устройства - RU2003130474A

Реферат

1. Способ ударного сжатия вещества с использованием релятивистского вакуумного диода (РВД), который имеет осесимметричные вакуумную камеру с электропроводными стенками, плазменный катод и анод-концентратор, включающий: изготовление мишени в виде осесимметричной детали из конденсированного вещества, которая служит по меньшей мере частью анода-концентратора, установку анода-концентратора в РВД с зазором относительно плазменного катода практически на одной с ним геометрической оси и импульсный разряд источника питания на РВД в режиме самофокусировки электронного пучка на поверхности анода-концентратора, отличающийся тем, что используют осесимметричный плазменный катод в виде электропроводного стержня с торцевым диэлектрическим элементом, у которого периметр заднего торца по меньшей мере в плоскости, перпендикулярной оси симметрии катода в целом, охватывает периметр указанного стержня с непрерывным зазором, а площадь эмитирующей поверхности превышает максимальную площадь поперечного сечения анода-концентратора, анод-концентратор устанавливают с таким зазором относительно плазменного катода, при котором центр кривизны рабочей поверхности анода-концентратора расположен внутри фокального пространства коллективно самофокусирующегося электронного пучка, и воздействуют на анод-концентратор электронным пучком с энергией электронов не менее 0,2 МэВ, плотностью тока не менее 10⁶ А/см² и длительностью не более 100 нс.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в составе РВД используют осесимметричный плазменный катод, у которого электропроводный стержень заострен, а торцевой диэлектрический элемент имеет отверстие для насадки на указанный стержень, посадочная часть которого вместе с острием находится внутри указанного отверстия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мишень формируют в виде вставки в центральную часть анода-концентратора РВД, диаметр которой выбирают в пределах от 0,05 до 0,2 максимального поперечного размера d_max анода-концентратора.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере той части анода-концентратора, которая обращена к плазменному катоду, перед установкой в РВД придают сфероидальную форму.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что мишень формируют в виде сфероидального тела, которое плотно фиксируют внутри анода-концентратора таким образом, что центры внутреннего и внешнего сфероидов практически совпадают.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на анод-концентратор воздействуют электронным пучком с энергией электронов до 1,5 МэВ, плотностью тока не более 10⁸ А/см² и длительностью не более 50 нс.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что плотность тока в электронном пучке не превышает 10⁷ А/см².

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаточное давление в вакуумной камере РВД поддерживают на уровне не более 0,1 Па.

9. Устройство для ударного сжатия вещества на основе РВД, имеющее: прочный газонепроницаемый корпус, часть которого изготовлена из электропроводного материала, выполнена осесимметричной и ограничивает вакуумную камеру, и установленные в вакуумной камере с зазором практически на одной геометрической оси осесимметричные плазменный катод и анод-концентратор, из которых по меньшей мере катод подключен к импульсному высоковольтному источнику питания, отличающееся тем, что плазменный катод выполнен в виде электропроводного стержня с торцевым диэлектрическим элементом, у которого периметр заднего торца по меньшей мере в плоскости, перпендикулярной оси симметрии катода, охватывает периметр указанного стержня с непрерывным зазором, а площадь эмитирующей поверхности превышает максимальную площадь поперечного сечения анода-концентратора, по меньшей мере один из электродов РВД снабжен средством регулирования межэлектродного зазора, а расстояние от общей геометрической оси указанных плазменного катода и анода-концентратора до внутренней стороны электропроводной стенки вакуумной камеры превышает 50d_max где d_max - максимальный поперечный размер анода-концентратора.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что электропроводный стержень плазменного катода заострен, а торцевой диэлектрический элемент имеет отверстие для насадки на указанный стержень, посадочная часть которого вместе с острием находится внутри указанного отверстия.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что анод-концентратор имеет круглую в поперечном сечении форму и целиком выполнен из электропроводного в основной массе материала, подлежащего трансмутации.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что анод-концентратор выполнен составным и включает по меньшей мере однослойную твердую оболочку и плотно охваченную этой оболочкой вставную мишень в виде тела вращения, которая изготовлена из произвольного конденсированного материала и имеет диаметр, выбранный в пределах (0,05-0,2)·d_max, где d_max - максимальный поперечный размер анода-концентратора.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в хвостовой части анода-концентратора установлен по меньшей мере один экран из предпочтительно электропроводного материала.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что указанный экран выполнен в виде тонкостенного тела вращения, диаметр которого составляет не менее 5d_max и которое удалено от ближайшего к плазменному катоду торца этого анода на расстояние до 20d_max, где d_max - указанный максимальный поперечный размер анода-концентратора.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что указанное тонкостенное тело вращения со стороны анода-концентратора имеет плоскую или вогнутую поверхность.

16. Осесимметричный плазменный катод для РВД, имеющий электропроводный стержень для подключения к импульсному высоковольтному источнику питания и торцевой диэлектрический элемент, отличающийся тем, что по меньшей мере в плоскости, перпендикулярной оси симметрии катода, периметр заднего торца диэлектрического элемента охватывает периметр указанного стержня с непрерывным зазором.

17. Катод по п.16, отличающийся тем, что его электропроводный стержень заострен, а торцевой диэлектрический элемент имеет отверстие для насадки на указанный стержень, посадочная часть которого вместе с острием находится внутри указанного отверстия.

18. Катод по п.17, отличающийся тем, что торцевой диэлектрический элемент имеет глухое отверстие.

19. Катод по п.17, отличающийся тем, что торцевой диэлектрический элемент имеет сквозное отверстие.

20. Катод по п.16, отличающийся тем, что торцевой диэлектрический элемент изготовлен из материала, выбранного из группы, состоящей из карбоцепных полимеров с одинарными углерод-углеродными связями, композиционных материалов с органическими связующими типа гетинакса или текстолита, эбеновой древесины, природной или синтетической слюды, чистых оксидов металлов III-VII групп периодической системы элементов Менделеева, неорганических стекол, ситаллов, войлока из базальтового волокна и керамических диэлектриков.

21. Катод по п.16, или 17, или 18, отличающийся тем, что торцевой диэлектрический элемент имеет развитую поверхность.

22. Катод по п.16 или 17, отличающийся тем, что минимальный поперечный размер указанного диэлектрического элемента С_{дэ мин}=(5-10)·С_{эс макс}, а длина этого элемента I_дэ=(10-20)·с_{эс макс}, где С_{эс макс} - максимальный поперечный размер электропроводного стержня.