[發明專利]一種基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統

在審

• 申請號: 202110249767.8
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113035379A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 孔德峰;董期龍;蘭濤;葉揚;張壽彪;莊革;陳晨;張森;趙志豪;孟凡衛;楊坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院;合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）;石河子大學
• 主分類號: G21B1/15
• 分類號: G21B1/15
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：采用緊湊環等離子體作為燃料粒子，采用單級電容完成緊湊環等離子體的前端形成與后端加速過程，形成具有圓柱狀的單級高速加料系統。

2.根據權利要求1所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述單級高速加料系統包括主機裝置和單級電容；所述主機裝置包括螺線管線圈、焊接在一起的兩個半徑不同的金屬圓柱內電極、單個金屬圓柱外電極和注氣窗口，兩個半徑不同的金屬圓柱內電極即前端金屬圓柱內電極和后端金屬圓柱內電極；自內而外依次為最內部的螺線管線圈通過絕緣材料固定在金屬圓環蓋板上，中間是兩個半徑不同的金屬圓柱內電極，兩個半徑不同的金屬圓柱內電極的外層是單個金屬圓柱外電極，所述單個金屬圓柱外電極上開有若干個徑向均勻分布的注氣窗口，通過該窗口注入的燃料氣體在金屬圓柱內電極、金屬圓柱外電極之間擴散，通過單級電容的電離與加速，注入的燃料氣體形成致密的緊湊環等離子體。

3.根據權利要求2所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述前端金屬圓柱內電極與后端金屬圓柱內電極的長度比值為3/7，后端金屬圓柱內電極與單個金屬圓柱外電極的半徑比值為1/5，具有上述特征的加料系統顯著提高了緊湊環等離子體的速度與加速效率，加料系統產生的緊湊環等離子體的速度150km/s—1000km/s，加速效率20％—50％。

4.根據權利要求1所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述加料系統產生的緊湊環等離子體具有大于1.6×10^-3N·S的動量與大于10²¹m^-3的密度。

5.根據權利要求1所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述金屬圓柱外電極末端焊接一個金屬圓環板法蘭，該金屬圓環板法蘭在實驗測試時用來與測試平臺或者漂移管所連接。

6.根據權利要求1所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述螺線管線圈的長度、匝數、繞線尺寸，根據磁通與緊湊環等離子體的成型要求確定，磁通與緊湊環等離子體半徑的關系式為磁通與主機裝置中的兩個半徑不同的金屬圓柱內電極與金屬圓柱外電極之間間距的關系式為是磁通，B是磁感應強度，R是線圈半徑，I_f是形成緊湊環等離子體的成型電流，λ是螺旋度本征值，δ是形成區兩個半徑不同的金屬圓柱內電極和外電極之間的間距。

7.根據權利要求1所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述單級電容單次放電滿足緊湊環等離子體在主機裝置中的形成與加速，經過主機裝置前端產生緊湊環等離子體，緊湊環等離子體在主機裝置后端被電磁力加速到高速狀態，最后從主機裝置后端的開口噴射而出，緊湊環等離子體形成與加速過程的整個時間在100μs以內且整個過程只需要單個電容放一次電，同時通過單級電容的調節實現緊湊環等離子體加料系統的速度和密度可調。

8.根據權利要求1所述的基于緊湊環等離子體的單級高速加料系統，其特征在于：所述主機裝置密封度好，啟用時將主機裝置抽真空至10^-5Pa以上，注氣窗口注入的氣體為純度高于99.999％、氣壓范圍為0.2～8.0MPa的高壓氣體。