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    公开号:WO1989012378A1
    申请号:PCT/EP1988/001101
    申请日:1988-12-02
    公开日:1989-12-14
    发明作者:E. Igenbergs
    申请人:Igenwert Gmbh；
    IPC主号:B60M1-00
    专利说明:
    symmetrisch Jeitschienenbe schleuniger1. Der symmetrische Leitschienenbeschleuniger wird aus wenigstens 2 Beitschienenpaarengebildet. Diese bestehen im Fall von 2 Deitschienenpaarenaus 4 Leitschienen aus elektrisch leitfähigem Material, die in gleichemAbstand von einer vorgegebenen Symmetrieachse und parallel zu dieser verlaufen (Abb. 1)und jeweils den gleichen Abstand voneinander haben. Diese Schienen werden an einem Ende abwechselnd an die positive oder die negative Seite einer Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie über einen Schalter verbunden. Die Leitschienen sind durch einen Isolator getrennt und entlang der Symmetrieachse verläuft ein symmetri scher Hohlraum, der von der Symmetrieachse bis zu den Beitschienenreicht. Dieser symmetrische Hohlraum wird vor der Inbetriebnahme des Beschleunigers (durchSchliessen der Schalter) an dem Ende, das an die zurEnergieversorgungführenden Schalter angeschlossen ist, mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt. Dies kann ein fester leitfähiger Körpersein, dessen Form imVerlauf der Beschleunigung unverändert bleibt oder nur wenig verändert wird oder aber ein Körper (vor zugsweise eine Metallfolie oder Aluminiumfolie) dessenForm noch während der Beschleunigung sehr stark oder vollständig verändert wird. Nach Schliessen der Schalter fliesst durch die Leitschienen und das zwischen diesen angebrachte elektrisch leitfähige Material ein elektri scher Strom. Dieser elektrische Strom tritt mit dem durch den in den Leitschienen sowie in dem elektrisch leitfähigen Körperfliessenden elektrischen Strom erzeugten Magnetfeld in Wechselwirkung und der elek trisch leitfähige körper wird entlang des zur Symmetrie achse parallelen symmetrischen Hohlraumes beschleunigt. Zugleich wirkt eine Kraft auf die Leitschienen. In dem Falle, dass der elektrisch leitfähige Körper eine Folie ist, wird durch den in dieser Folie fliessenden Strom diese verdampft und ionisiert und um die stromdurchflossenen teitschienenund den Strom in dem verdampften und ionisierten Material entsteht ein Nagnetfeld.Die Wechselwirkung zwischen diesem Magnetfeld und dem fliessenden elektrischen Strom ergibt eine Kraft auf die Leitschienen und das verdampfte und ionisierte Material (Plasma). Dieses Plasma wird von dieser Kraft in Richtung der Symmetrieachse des Beschleunigers bis zu dem Ende des Beschleunigers hin beschleunigt, das dem an die elektrische Energieversorgung angeschlossenen entgegengesetzt ist. Dieses beschleunigte Plasma kann dazu verwendet werden, einen Körner,der vorzugsweise nicht elektrisch leitfähig ist, zu beschleunigen. Zu diesem Zweck wird dieser zu beschleunigende Körper zu Beginn des Beschleunigungsvorganges im symmetrischen Rohlraum so angebracht, dass er sich zwischen der Folie und dem Ende des Beschleunigers befindet, zu dem der Be schleunigungsvorganggerichtet ist. Insbesondere soll dieser Körper so ausgebildet sein, dass er vor und während des Beschleunigungsvorgangesgleitend in dem symmetrischen Hohlraum bewegt werden kann und zugleich den Deildes symmetrischen Hohlraumes, in dem das beschleunigte Plasma entsteht, von dem leildes symmetrischen Hohlraumes abdichtet, der vor dem Körper in Richtung zu dem Ende des Beschleunigers liegt, zu dem der Beschleunigungsvorgang gerichtet ist.2. Der symmetrische Iieitschienenbeschleunigernach Anspruch 1 besteht aus leitschienen, aus elektrisch leitfähigemMaterial und aus Isolatoren. Für die Leitschienen ist Kupfer oder Messing besonders geeignet. Insbesondere sollen die Leitschienen aus dem gleichen Material bestehen, dieses soll einen möglichst niedrigen elektrischen Widerstand bei hoher mechanischerFestigkeit haben. Die Schienen können einen beliebigen, auch nicht symmetrischen Querschnitt haben (Abb. 2). Der entlang der Sgnmetrieachseverlaufende Hohlraum kann einen beliebigen Querschnitt haben. Dieser Querschnitt kann insbesondere symmetrisch sein (vgl. Abb. 3). Vor zugsweise eignet sich der kreisförmige Querschnitt. Die Isolatoren zwischen den Leitschienen sind so gebaut, dass der Strom zwischen den Leitschienen nur in dem Hohl raum zwischen den Schienen fliessen kann. Die Isolatoren sind so gebaut, dass sie die zwischen den einzelnen Seiteschienen auftretenden Kräfte aushalten und eine Verbiegung oder Verformung der Leitschienen verhindern. Vorzugsweise werden Werkstoffe verwendet, die einen hohen elektrischenWiderstand bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit aufweisen und bei denen zudem die thermische Ablation durch das Beschleunigungsplasma sowie der Abrieb durch den beschleunigten Körper gering ist. 3. Die Leitschienen des symmetrischen Leitschienenbeschleuni gers nach Anspruch 1 und 2 sind abwechselnd an die posi tive und an die negative Seite eines Speichers für elektrische Energie angeschlossen. Der Anschluss ist inAbb. 1 dargestellt. Für die Ausbildung eines Beitschienen-beschleunigers zu einem symmetrischen Beitschienenbe-schleuniger sind wenigstens 4 Leitschienen erforderlich, die abwechselnd an die positive bzw. die negative Seite der Energieversorgung angeschlossen sind. Der symmetrischeIieitschienenbeschleunigerkann auch aus mehr als 2 Beit-schienenpaaren bestehen. 4. Die Einrichtung zur Speicherung der eleRtrischenEnergie für den symmetrischen teitschienenbeschleunigernach Ansorüchen1, 2 und 3 muss die Eigenschaft haben, dass sie eine elektrische Energie in sehr kurzer Zeit zur Verfügung stellen kann. Insbesondere eignet sich hierfür ein elektrischer Konden sator oder eine in einer Kondensatorbatterie zusammen gefasste Anzahl von Kondensatoren, die über einen oder mehrere Schalter mit dem symmetrischen teitschienenbe-schleuniger verbunden sind. Wird dieser Schalter geschlos sen, dann fliesst die in den Kondensator bzw. in der Konden satorbatterie gespeicherte Energie in den Leitschienen beschleuniger. Die Schaltung dieses Systems ist in Abb. 4 in einem Ersatzschaltbild dargestellt.Für die Energieversorgung des symmetrischen Beitschienen-beschleunigers kann auch ein homopolarer Generator mit nachgeschaltetem Induktor verwendet werden oder ein an eine hinreichend leistungsfähige Stromversorgung ange schlossener induktiver Speicher. Die gespeicherte Energie liegt für beide Einrichtungen zur Energieversorgung zwischen 10 kJ und 100 MJ.Die auftretende maximale Spannung liegt zwischen 100 V und100 kV, die fliessende Stromstärke liegt zwischen 10 kA und 10 MA. Die Entladung muss durch wenigstens einen elektrischenSchalter betätigt werden. Dieser kann eine offene oder geschlossene Punkenstrecke beinhalten. Besonders geeignet ist ein Quecksilberdampfschalter (Ignitron). Im Stromkreis kann, wie es im Ersatzschaltbild in Abb. 4 angedeutet ist, ein Kurzschlussschalter eingebaut werden. Dieser wird in der Fachsprache als "Crow Bar Switch" be zeichnet. Dieser wird geschlossen, wenn der Strom, der zu dem Leitschienenbeschleuniger fliesst, seinen höchstenWert erreicht hat. Hierdurch wird ein Durchschwingen des in Abb. 4 dargestellten Schwingkreises möglichst stark unterbunden, die Dauer des Beschleunigungsvorganges und damit die erreichbare Endgeschwindigkeit nimmt zu und derWirkungsgrad des Beschleunigers verbessert sich. Ausserdem wird eine Wiederzündung eines Lichtbogens am Abfang des symmetrischen Leitschienenbeschleunigers wie auch amEnde des seitschienenbeschleunigershierdurch stark ver hindert, durch die der sonst durch den zu beschleunigenden elektrisch leitfähigen Körper oder durch das beschleunigendePlasma fliessende elektrische Strom kurzgeschlossen wird. 5. Ein symmetrischer Beitschienenbeschleunigernach Ansprüchen1, 2, 3 und 4 hat insbesondere die Eigenschaft, dass, wie in Abb. 5 dargestellt, zwischen den einzelnen Leitschienen neben abstossenden auch anziehende Kräfte auftreten. Hinzu kommt, dass sich durch die symmetrische Anordnung der Seiteschienen Anteile der abstossenden Kräfte aufheben. Bei gleichem gesamten elektrischen Strom, der zum Beschleu niger fliesst, wird in einem symmetrischen Leitschienen beschleuniger mit 2 Beitschienenpaarenpro Leitschieneder halbe elektrische Strom fliessen wie in einem her kömmlichen leitschienenbeschleunigermit nur einem Leit schienenpaar und die auf eine Beitschienewirkende ab stossende, also von der Symmetrielinie des Beschleunigers radial nach aussen wirkende Kraft wird beim symmetrischenLeitschienenbeschleuniger, wenn die leitschienen durch beliebig lange Stromfäden angenähert werden, viernal geringer sein als beim herkömmlichen Leitschienenbeschleu- niger mit einem Leitschienenpaar, wenn der Abstand der beiden Leitschienen eines herkömmlichen Deitschienenbe-schleunigers gleich ist der Diagonalen D des in Abb. 5 gezeigten symmetrischen Leitschienenbe s chleunigers. Zugleich wird in diesem Fall die beschleunigende Kraft auf den zu beschleunigenden Körper beim symmetrischenLeitschienenbeschleunigernur halb so gross sein, wie beim herkömmlichen teitschienenbeschleunigermit einem Paar von teitschienen. Damit zeigt in diesem Fall der symmetrische Leitschienen beschleuniger ein zweimal so grosses Verhältnis von Be schleunigungskraft zu Abstossungskraft. Im allgemeinen wird das Verhältnis von Beschleunigungskraft zu Abstos sungskraft beim symmetrischen Leitschienenbeschleuniger wegen dessen symmetrischer Ausbildung stets höher sein als beim herkömmlichen teitschienenbeschleunigermit einem Leitschienenpaar. 6. Der symmetrische Leitschienenbeschleunigernach denAnsprüchen 1 bis 5 kann, äenach Kombination von Leitschienenquerschnitten,wie sie z.B. in Abb. 2 gezeigt sind und von Hohlraumquerschnitten, wie sie in Abb. 3 gezeigt sind, eine unterschiedliche Ausbildung haben. In Abb. 6 sind 6 Beispiele für solche Ausbildungen ge zeigt. Besonders günstig kann eine Ausbildung mit mög lichst kleiner Querschnittsfläche der Elektroden sein. 7.Der Vergleich eines herkömmlichen Beitschienenbeschleu-nigers mit einem Leitschienenpaar und einem symmetrischen Beitschienenbeschleunigermit zwei Leitschienenpaarenist in den Abbildungen 7, 8 und 9 durchgeführt. Alle 3 Anordnungen sind aus einem Kreisrohr mit gleichemAussendurchmesser und gleichem Innendurchmesser erzeugt worden. Die Abmessungen sind in der tabelle 1 zusammen gestellt. Zusammen mit den Querschnitten und den Anordnungen derLeitschienen sind jeweils die magnetischen Feldlinien sowie der durch einen Stromfaden bzw. mehrere Stromfäden angenährte elektrische Strom zwischen den Leitschienen dargestellt. In äede Beitschienenanordnungfliesst der gleiche elektrischeGesamt strom, dieser teilt sich dann entweder auf 2 oder auf 4 Leitschienen auf. Die Ergebnisse der Berechnungen sind in der Tabelle 2 zusammengefasst, sie zeigen, dass das unter vereinfachenden Annahmen bestimmte Verhältnis von Beschleunigungskraft zu Abstossungskraftbeim Vergleich von speziellen Ausbildungen von Leitschienen bzw. Leitschienenpaarensowohl unter- wie überschritten werden kann. 8. Die Symmetrie der Leitschienen im symmetrischen Leit schienenbeschleuniger führt zu solchen Anordnungen vonMagnetfeld und Stromfluss im symmetrischen Hohlraum, wie sie in den Abbildungen 8 oder 9 dargestellt sind. Hierbei ergeben sich radial nach innen zur Symmetrieachse wirkendeKräfte, die bei der Anordnung nach Anspruch 1 mit einem beschleunigenden Plasma zu einer Fokussierung der Plasma strömung zur Symmetrieachse führen. Die gleichen Kräfte bewirken eine wesentliche Verringerung der Erosion bzw. Ablation der zwischen den Leitschienen befindlichenIsolatoren. ANORDNUNG ABBILDUNG 7 ANORDNUNG ABBILDUNG 8 ANORDNUNG ABBILDUNG 9 Innenradius 3.0mm Innenradius 3.0mm Innenradius 3.0mm Aussenradius 6.0mm Aussenradius 6.0mm Aussenradius 6.0mm Spaltbreite 2.5mm Spaltbreite 2.5mm Railbreite 3.0mm Stromstärke 189.0kA Stromstärke 180.0kA Stromstärke 180.0kA Integrationsschrittweite Integrationsschrittweite Integrationsschrittweite .02mm .02mm .02mm Relativer Feldlinienabstand Relativer Feldlinienabstand Relativer Feldlinienabstand .0050 .0050 geändert auf .00250 .0050 geändert auf .00250 Railumfang 29.46mm Railumfang 15.32mm Railumfang 12.60mm Railquerschnittsfläche Railquerschnittsfläche Railquerschnittsfläche 34.80mm2 13.59mm2 9.20mm2 Widerstand pro Länge Widerstand pro Länge Widerstand pro Länge .247m#/m .316m#/m .467m#/m bei #=.0172#mm2/m bei #=.0172#mm2/m bei #=.0172#mm2/m TABELLE 1ANORDNUNG ABBILDUNG 7 Innenradius 3.0mm Spaltbreite 2.5mm Aussenradius 6.0mm Stromstärke 180.kA Integrationsschrittweite .02mm Railumfang 29.46mm Induktivitätsgradient .320 H/m Beschleunigungskraft 5.183kN Abstossungskraft/Länge .736kN/mm (Beschleunigungs-/Abstossungskraft)*Länge 7.037mm ANORDNUNG ABBILDUNG 8 Innenradius 3.0mm Spaltbreite 2.5mm Aussenradius 6.0mm Stromstärke 180.kA Integrationsschrittweite .02mm Railumfang 15.32mm Induktivitätsgradient .468 H/m Beschleunigungskraft 1.896kN Abstossungskraft/länge .125kN/mm (Beschleunigungs-/Abstossungskraft)*Länge 15.137mm ANORDNUNG ABBILDUNG 9 Innenradius 3.0mm Railbreite 3.0mm Aussenradius 6.0mm Stromstärke 180.kA Integrationsschrittweite .02mm Roilumfang 12.60mm Induktivitätsgradient 1.031 H/m Beschleunigungskraft 4.177kN Abstossungskraft/Länge .234kN/mm (Beschleunigungs-/Abstossungskraft)*Länge 17.838mm TABELLE 2
    权利要求:
    Claims
    Patefltansrüche:1. Symmetrischer Leitschienenbeschleuniger, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e tdass wenigstens zwei Leitschienenpaare aus elektrisch leitfähigem Material unter Ausbildung eines Hohlraumes in gleichem Abstand zu einer vorgegebenen Symmetrieachse und mit gleichem gegenseitigen Umfangsabstand durch Iso latoren voneinander getrennt parallel zur Symmetrieachse verlaufend angeordnet sind, und dass die Schienen an einem Ende abwechselnd an die positive oder negative Sei te einer Einrichtung zur Speicherung von elektrischerEnergie über eine Schalteinrichtung anschliessbar sind.
    2. Leitschienenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der Hohlraum im Querschnitt symmetrisch, insbesonde re kreisförmig, quadratisch oder achteckig ausgebildet ist und einen Beschleunigungsraum für ein elektrisch leitfähiges Material bildet, das in fester, sich während der Beschleunigung zumindest im wesentlichen nicht verän dernder Form oder in einer sich während der Beschleuni gung sehr stark oder vollständig verändernder Form vor liegt.
    3. Leitschienenbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass das leitfähige Material aus einer durch Stromfluss in den verdampften und ionisierten Plasmazustand überführba ren Folie besteht und dass ein insbesondere elektrisch nicht leitender Körper vor und während des Beschleuni gungsvorgangs im Hohlraum beweglich und den Plasmaraum zum Beschleunigerende hin abdichtend angeordnet ist.
    4. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die einzelnen Leitschienen aus gleichem Material, insbesondere aus Kupfer oder Messing bestehen.
    5. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Leitschienen einen symmetrischen Querschnitt be sitzen, der insbesondere die Form eines Rechtecks, Tra pezes oder Ringsektors aufweist, wobei der hohlraumsei tig gelegene Bereich jeweils der lokalen Hohlraumform an gepasst ist.
    6. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Leitschienen zusammen mit den dazwischen liegen den Isolatoren insbesondere eine zylindrische oder recht eckige Gesamtstruktur bilden.
    7. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Leitschienen an den Eckbereichen eines mehrecki gen Hohlraumes gelegen sind.
    8. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Isolatoren aus einem Werkstoff bestehenr der gleichzeitig einen hohen elektrischen Widerstand und eine hohe mechanische Festigkeit besitzt und bei dem die thermische Ablation durch das Beschleunigungsplasma so wie der Abrieb durch den beschleunigten Körper gering ist.
    9. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Einrichtung zum Speichern elektrischer Energie aus einer Kondensatorbatterie oder einem homopolaren Ge nerator mit nachgeschaltetem Induktor besteht.
    10. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Schalteinrichtung eine offene oder geschlosseneFunkenstrecke beinhaltet.
    11. Leitschienenbeschleuniger nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Schalteinrichtung ein Ignitron umfasst.
    12. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass im Stromkreis zwischen der Energiequelle und denLeitschienen ein Kurzschlussschalter angeordnet ist, der dann geschlossen wird, wenn der zum Beschleuniger fliessende Strom seinen höchsten Wert erreicht hat.
    13. Leitschienenbeschleuniger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der Flächenanteil der Leitschienen im Querschnitt der Gesamtstruktur grösser ist als der Flächenanteil derIsolatoren.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0371081A1|1990-06-06|
    DE3819185A1|1988-12-22|
    DE3885902D1|1994-01-05|
    JPH02504667A|1990-12-27|
    EP0371081B1|1993-11-24|
    JP2672163B2|1997-11-05|
    AT97780T|1993-12-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-12-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP KR SU US |
    1989-12-14| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1990-01-15| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989900590 Country of ref document: EP |
    1990-06-06| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989900590 Country of ref document: EP |
    1993-11-24| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989900590 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3819185.7||1988-06-06||
    DE19883819185|DE3819185A1|1987-06-05|1988-06-06|Symmetrischer leitschienenbeschleuniger|AT89900590T| AT97780T|1988-06-06|1988-12-02|Symmetrischer leitschienenbeschleuniger.|
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