Спосіб отримання просторової плазми

Винахід відноситься до технології стимулювання плазмоутворення шляхом нетрадиційного нагріву плазмоутворючої речовини з наповнювачем за допомогою джерела мікрохвильового випромінювання з метою отримання просторової високоенергійної хмари плазми для різноманітних те хнологічних застосовувань. Відомі різні способи отримання плазми шляхом нагріву плазмоутворючої речовини за допомогою зовнішнього джерела електричної чи високочастотної енергії. Спосіб отримання низькотемпературної плазми (І.І. Борнацкий. Основы физической химии. М. "Металлургия". 1989, с.44-46) шляхом термічної іонізації плазмоутворючої речовини у вигляді суміші повітря, аргону та одновалентних лужних металів, які мають низький потенціал іонізації. Нагрів цієї речовини здійснюють, наприклад, за допомогою електричного струму високої частоти. Недоліком цього способу є суттєво принципово обмежені можливості отримання плазми в великому чи відкритому просторі, а також надто великі втрати енергії, коли потрібне досягнення високої ступені іонізації при визначеному рівні тиску в обсязі плазмоутворючої речовини. З відомих способів найбільш близьким за технологічною суттю до пропонуємого є спосіб отримання плазми (Енциклопедичний словник. Під ред. акад. А.М.Прохорова. Сов. енциклопедія." М., 1982, с.1020), що використовується у плазмотроні, який створює дугу електричного розряду з високою концентрацією енергії та здійснює іонізацію плазмоутворючої речовини під час її пропускання крізь цю дугу. Недоліком прототипу є низька ефективність створення просторової плазми, а саме низька можливість створення плазми одночасно в усьому обсязі простора плазмоутворючої речовини, через те, що розміри дуги електричного розряду з високою концентрацією енергії завжди не відповідають розмірам простору цієї речовини. Задачею, на рішення якої направлено даний винахід, є така технологія отримання просторової плазми, при якій за рахунок додавання в обсяг простору плазмоутворючої речовини під тиском повітря високодисперсного легкого металевого наповнювача у ви гляді гомогенної суміші алюмінію та магнію з визначеною концентрацією у складі цієї речовини і за рахунок наступного вмикання мікрохвильового погоджуваного з цим простором випромінювання, яке спрямоване на простір речовини з наповнювачем та має енергійно потрібну електричну напруженість електромагнітного поля: а) забезпечується обсягове майже рівномірне діяння електромагнітного випромінювання на металеві частинки одночасно в усьому просторі плазмоутворючої речовини з металевим наповнювачем; б) спричиняються за допомогою діяння цього поля на металеві частинки поверхневі електричні струми в цих частинках, отже і електричні потенціали, які одночасно породжують електричні розряди в обсязі усього простору; в) викликається саме цим процесом обсягового дугового розряду ефективне просторове плазмоутворення. Для рішення цієї задачі в відому технологію отримання плазми шляхом, передбачаючим нагрів плазмоутворючої речовини за допомогою зовнішнього джерела енергії, згідно винаходу, включаються слідуючі операції: в обсяг простору плазмоутворючої речовини під тиском повітря додають високодисперсний легкий металевий наповнювач у вигляді гомогенної суміші алюмінію та магнію з однаковими ваговими частинами, кожна з яких дорівнює одній ваговій частині на три-чотири вагових частин плазмоутворючої речовини; після чого вмикають концентроване мікрохвильове випромінювання, яке спрямоване на цій простір, має поперечні розміри діаграми направленності, які співрозмірні з відповідними розмірами центрального перерізу простора речовини з наповнювачем, а електрична напруженість цього випромінювання в центральному перерізі простору повинна дорівнювати приблизно одному кіловольту на міліметр. Пропонований спосіб отримання просторової плазми забезпечує ефективне створення просторової плазми, а саме створення плазми одночасно в усьому обсязі простора плазмоутворючої речовини за рахунок наповнення цього обсягу сумішшю металевих частинок та за рахунок використання концентрованого мікрохвильового випромінювання, яке спрямоване на цей обсяг і отже викликає обсяговий дуговий розряд, тобто спричиняє обсягове потужне просторове плазмоутворення. При цьому чимало підвищується також і енергійна економічність плазмоутворення у великому обсягу за рахунок узгодження розмірів потоку енергії з поперечними розмірами простору хмари речовини з наповнювачем. Більш того, температура цієї просторової плазми, яка дорівнює декільком тисячам градусів, спричиняє лавиноподібне горіння суміші алюмінію та магнію, тобто викликає могутнє енерговиділення суттєво більше ніж у прототипа. Приклад реалізації пропонованого способу. Спочатку визначимо потрібні параметри випромінювання з урахуванням параметрів плазмоутворючої речовини та параметрів металевого наповнювача обсягу простору плазмоутворючої речовини. Якщо обсяг плазмоутворючої речовини складають речовини: О2=20%; N=70%; H2O=0,1%; Ar=9,7%; K=0,1%; Na=0,1%, які мають такі вагові щільності (кг/м 3): О2=1,43; N=1,25; H 2O=103; Ar=1,78; K=0,86×103; Na=0,97×103, тоді вага, наприклад, 1м 3 плазмоутворючої речовини дорівнює: m 1p=1,43×0,20+1,25×0,70+10×0,001+1,78×0,097+860×0,001+970×0,001=4,16кг/м 3. Якщо металеві частинки мають симетричну форму у вигляді, наприклад, кулі з діаметром, напр., d=0,1×10-6м, тобто з середньою масою 3 m0 = = r( Al) + r(Mg) 4 æ d ö × pç ÷ = 2 3 è2ø 2700 + 1739 4 æ 0,1 × 10- 6 × pç 2 3 ç 2 è 3 ö ÷ = 1,16 × 10-18 кг ÷ ø де r - щільність металів, тоді, коли відстань між металевими частинками, наприклад, у десять разів більше, ніж її діаметр, то в одному м 3 кількість металевих частинок дорівнює 1м3 × 2 3 » 1018 , 4 p(10 d) 3 м3 3 тому маса металевої суміші в 1м 3 простору є: n= m1м = m 0 × n = 116 × 10- 18 × 1018 = 1,16кг / м 3 . , Якщо діаметр простору у вигляді кулі плазмоутворюючої речовини з металевим наповнювачем складає 1м, тобто обсяг простору дорівнює 4 V = × p × (0,5 )3 = 0,52м 3 , 3 тоді ваговий склад простору має вигляд: маса плазмоутворючої речовини m p=4,16×0,52=2,16кг; маса металевого наповнювача m м =1,16×0,52=0,60кг. Таким чином, відношення складових частин є mм : mр = 1 : 3,6 . далі визначимо потрібну різницю потенціалів між металевими частинками на відстані 10d=10×0,1×10-6м=10-6м, коли можливо виникнення електричного розряду між ними, а також потрібний для цього рівень електричної напруженості поля. Відомо, що різниця потенціалів U=1000В спричиняє дуговий розряд між металевими поверхнями на відстані 1мм. Потрібна різниця потенціалів, яка викликає дуговий розряд на відстані 10d, дорівнює U= 1000 × 10d = 10000 × 0,1× 10 -6 = 1B. 10 -3 10- 3 Отже, потрібна електрична напруженість поля, яку викликає мікрохвильове випромінювання, повинна бути U В кВ E= = 10 6 =1 10d м мм . рівною Тепер визначимо варіант реалізації параметрів електромагнітного випромінювання для отримання дугового розряду. Якщо середня потужність передавача, наприклад, дорівнює Р =10кВт, тривалість його імпульса tн =5мкс, с n= період проходження імпульсів Т=1с, тобто скважність випромінювання дорівнює в імпульсі рівна T = 2 × 10 5 tм , тоді потужність Pн = P × n = 2 × 106 кВт . Якщо діаметр простору суміші плазмоутворючої речовини з наповнювачем дорівнює D=1м, а відстань R від випромінювача до центрального перерізу цього простору також рівна 1м, тоді ширина діаграми направленості по рівню половинної потужності в координатних площинах дорівнює D De 0,5 = D q 0, 5 = 57,3 × 2arctg = 53° 0 0 2R . Отже, коефіцієнт посилення щодо випромінювача рівен 33000 G= = 117 , 0 0 De 0,5 × Dq 0,5 . Тоді щільність потоку потужності мікрохвильового випромінювання дорівнює r ×G rs = н = 1 9 × 10 6 кВт / м2 , 2 4p × R , а фактично досягнена електрична напруженість з обліком хвильового опору повітря W = 120p рівна E = 2 × r s × W = 12 × 106 В / м = 12кВ / мм , , , тобто вона більш, ніж потрібна. Якщо довжина хвилі дорівнює, наприклад, l = 3см , то електрична напруженість в сусідніх сукупностях Dr = l = 1 5см , 2 металевих частинок, які взаємно відстоять на , рівна E = - E = 12 × 106 B /( 66,7 × Dr ) = 177 × 104 B / Dr , , . Таким чином, різниця потенціалів цих сукупностей металевих частинок дорівнює U = E - (-E) × Dr = 35кВ . Оскільки відомо, що умова електричного дугового розряду проміж двох металів, які знаходяться один від одного на відстані D r =1,5см, дорівнює, тобто відповідає, приблизно 15-17кВ, то при U=35кВ можливо очікувати надійний електричний розряд. Таким чином, можливо очікувати лавиноподібне плазмоутворення одночасно в усьому обсязі простору плазмоутворючої речовини з металевим наповнювачем. Така реалізація пропонуємого способу забезпечує отримання просторової плазми; яка має обсяг більший, ніж у прототипа, приблизно в 1000 разів. Дійсно, відношення обсягів просторів плазми є 3 3 (4 / 3 ) × p × ( 0,5 ) /( 4 / 3 ) × p × (0,5 ) = 1000 . Отже, досягненність технологічного результату за допомогою пропонованого способу, який характеризується сукупністю його істотних ознак, а також реалізуємість способу, здаються обгрунтованими. В зв'язку з цим, автор просить розглянути матеріали Заяви і прийняти позитивне рішення про видачу патенту на винахід.