Устройство для накопления электронов

(51)7 01 21/18, 01 21/16, 05 5/04 НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ(57) Изобретение относится к устройствам электромагнитного типа и предназначено для использования в физических исследованиях. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей накопителя энергии. Устройство состоит из двух колец, изготовленных из магнитомягкого ферромагнетика. По периметру колец с внутренней и внешней сторон закрепляются медные сетки с треугольными ячейками, на наружную сетку закрепляется кольцо из диэлектрика, а на диэлектрическом кольце закрепляются иглы - коронирующие электроды из меди, соединенные электрическим проводом между собой и с сетками внутренней и внешней. Вся эта конструкция закрепляется на диэлектрических стойках внутри стеклянной вакуумной камеры, имеющей форму тора. От сеток и игл через диэлектрическую стойку выводят из вакуумной камеры провод, по которому в вакуумную камеру подается постоянное высоковольтное отрицательное напряжение. В стеклянной вакуумной камере имеется штуцер с краном для того, чтобы выкачать из нее воздух и создать разрежение. В стекле вакуумной камеры по внешнему периметру напротив коронирующих электродов пропускается медное кольцо и от него выводится на поверхность клемма, куда подключается постоянное положительное напряжение от высоковольтного внешнего источника. На эту стеклянную камеру-тор надеваются напротив друг друга две катушки и соединяются друг с другом последовательно, и на них при зарядке подается переменное высоковольтное напряжение от внешнего источника. Постоянное отрицательное высоковольтное напряжение от внешнего источника подается внутрь вакуумной камеры через диэлектрическую стойку на сетки и иглы, а положительное высоковольтное напряжение от внешнего источника подается на медное кольцо в стекле вакуумной камеры. 9009 Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к электровакуумной технике,и предназначено для использования в физических исследованиях. Известным устройством для накопления электронов, зарядов является электрический конденсатор, состоящий из двух пластин, разделенных диэлектриком. В электрическом конденсаторе электрическое поле создает связанные заряды на поверхности диэлектрика (Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. М., 1974, т. 1, с. 365). Энергия, запасенная в конденсаторе, используется для накопления на короткое время, конденсатор не дает возможности накопить только отрицательный заряд, в нем система связанных зарядов. Известно устройство для накопления электронов - циклотрон, включающий диэлектрическую вакуумную камеру со штуцером и краном для создания вакуума, внешнюю ускоряющую электромагнитную систему и инжектор электронов. В нем используется магнитное поле, которое заставляет электроны двигаться в вакуумной камере по круговой орбите, а ускоряющее электрическое поле сообщает электронам приращение скорости (Яворский Б.М.,Пинский А.А. Основы физики. М., 1974, т. 1,с. 403). Циклотрон невозможно использовать эффективно для накопления электронов из-за большого потребления энергии, больших размеров, а также принципа построения, где функция накопления электронов играет только второстепенную роль. Также известен электростатический генератор Ван де Граафа, позволяющий накопить электроны,т. е. сконцентрировать пространственный заряд до напряжения 20-30 Мв/см. Он состоит из полого металлического шара, расположенного на изолирующей колонне. Резиновую ленту вращает электродвигатель, расположенный в нижней части, на ленту с помощью игл, щеток подается заряд от небольшого выпрямителя. Заряд переносится во внутренность шара с помощью игл, щеток, припаянных к его внутренней поверхности, и переносится на внешнюю поверхность шара, где и происходит накопление электронов (Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. М., 1974, т. 1, с. 370). В генераторе Ван де Граафа инжекция электронов происходит за счет автоэлектронной эмиссии, но накопленные на металлическом шаре генератора электроны находятся в статическом состоянии, и через окружающий воздух заряд постепенно убывает. Задача изобретения - создать компактное устройство - накопитель энергии. Достигаемый технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей. Устройство для накопления электронов, фиг. 1,состоит из двух колец 1, изготовленных из магнитномягкого ферромагнетика. По периметру колец 1 с внутренней и внешней стороны закреплены медные сетки с треугольными ячейками 2, 3. На наружной сетке закреплено кольцо из диэлектрика 4, а на диэлектрическом кольце закреплены иглы - корони2 рующие электроды из меди 5. Иглы 5 все между собой соединены электрическим проводом. Этим же проводом иглы присоединены к наружной и внутренней сеткам, чтобы между всеми иглами 5 и сетками 2, 3 существовал электрический контакт. Вся эта конструкция закреплена на стойках 6 из диэлектрика внутри стеклянной вакуумной камеры 7,имеющей форму тора. От сеток 2, 3 и игл 5 через диэлектрическую стойку 6 выведен из вакуумной камеры провод, по которому подается постоянное высоковольтное отрицательное напряжение от внешнего источника. В стеклянной вакуумной камере 7 установлен штуцер с краником 8 для создания в вакуумной камере разрежения. В стекле вакуумной камеры 7 по внешнему периметру напротив коронирующих электродов игл пропущено медное кольцо провод 9, и клемма от него выведена на поверхность вакуумной камеры. На него подается положительное постоянное высоковольтное напряжение от внешнего высоковольтного источника. На стеклянную вакуумную тороидальную камеру надеты две катушки. Эти катушки в устройстве являются первичной обмоткой. Физическая сущность изобретения заключалась в том, чтобы создать компактное устройство, способное запасать электроэнергию в виде вращающейся тороидальной токовой оболочки из электронов в вакууме. Это достигается тем, что в устройстве используются следующие физические законы для инжекции электронов в устройстве используется автоэлектронная эмиссия, а чтобы снизить напряжение,необходимое для создания такого поля, использованы иглы (Куклин Х. Справочник по физике. М. Мир, 1983, с. 393). Для инжекции электронов в тороидальную вакуумную камеру используется внешний источник высокого постоянного напряжения, где минус внешнего источника подается внутрь вакуумной камеры на иглы, а плюс подается на медное кольцо в стекле вакуумной камеры. В отличие от генератора Ван де Граафа, где накопившиеся электроны неподвижны, в предложенном устройстве накопившиеся электроны в вакуумной камере приводятся во вращательное движение вокруг колец то в одну, то в другую сторону согласно закону индукции Фарадея (Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. М., 1974, т. 1, с. 438). Вращающиеся электроны будут являться вторичной обмоткой за счет изменения магнитного поля колец, создаваемого током в первичной обмотке, двух катушек, на которые будет подано переменное напряжение от внешнего источника. Сила взаимодействия тока, а вращающиеся электроны - это токи, с их собственным магнитным полем направлены к оси токовой оболочки и будут стремиться сжать электронную оболочку, компенсируя силу отталкивания между одноименно заряженными электронами. Поэтому в небольшой тороидальной вакуумной камере возможно накопить большое количество электронов в виде движущейся тороидальной токовой оболочки. Фиг. 2 показано движение электронов в токовой оболочке и 9009 два кольцевых магнитных поля, созданных движущимися электронами, после отключения внешнего переменного и постоянного напряжения, подаваемого при зарядке устройства. После этого электроны начнут вращаться по инерции в одну сторону в токовой оболочке и своим общим магнитным полем создадут на кольцах 1 два кольцевых магнитных поля,образуя при этом стабильную систему, электроны будут поддерживать кольцевое магнитное поле колец и, благодаря ему же, совершать вращательное движение вокруг них. Работает устройство следующим образом. От внешнего источника высокого постоянного напряжения в вакуумную камеру-тор подается отрицательное напряжение на сетки 2, 3 и коронирующие электроны-иглы 5. Напряжение должно быть достаточным для холодной эмиссии электронов в вакууме. С остриев коронирующих электродов начнут слетать электроны, этому будут способствовать треугольные ячейки наружной сетки 3, играющие роль отражательных электродов, а также их притяжение к расположенному в стекле вакуумной камеры по внешнему периметру медному кольцу 9, расположенному напротив игл, на которое подается положительное напряжение от внешнего высоковольтного источника, но толщина стекла вакуумной камеры не позволяет электронам пройти на положительно заряженное кольцо, и они будут скапливаться внутри вакуумной тороидальной камеры, как в электрическом конденсаторе. Затем подается на две катушки 10, надетые на вакуумную камеру, высокое переменное напряжение от внешнего источника. В этих катушках, являющихся первичной обмоткой,возникает изменяющееся электрическое поле, которое создает изменяющееся магнитное поле колец 1,из ферромагнетика внутри вакуумной камеры, а изменяющееся магнитное поле колец вызывает изменяющееся электрическое поле, которое заставит накопившиеся в вакуумной камере электроны вращаться вокруг колец, образуя токовую вторичную обмотку из электронов, вращающихся в вакуумной камере. После отключения первичной обмотки катушек 10 на вакуумной камере 7 от внешнего источника переменного напряжения и отключения высокого постоянного напряжения вращающиеся по инерции электроны будут поддерживать своим об щим магнитным полем два кольцевых магнитных поля. Возникает стабильная система - вращающиеся электроны порождают два кольцевых магнитных поля, а кольцевые магнитные поля удерживают вращающиеся вокруг них электроны. Тороидальная токовая оболочка внутри тороидальной вакуумной камеры представляет собой ток, протекающий в вакуумной камере, почти не встречая сопротивления. Для использования запасенной в устройстве энергии необходимо нагрузку подключить в проводу, который при зарядке был соединен с коронирующими электродами, а другой провод от нагрузки заземлить на Землю, тогда электроны из вакуумной камеры через нагрузку будут проходить в Землю, совершая работу. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для накопления электронов, включающее стеклянную вакуумную камеру-тор, имеющую штуцер с краном для создания вакуума, внешнюю электромагнитную систему и инжектор электронов, отличающееся тем, что в вакуумной камере установлены два параллельных кольца, выполненных из магнитомягкого ферромагнетика, инжектор электронов выполнен в виде двух медных сеток с треугольными ячеями, закрепленными по периметрам ферромагнитных колец с внутренней и внешней стороны, на внешней сетке установлено кольцо из диэлектрика с коронирующими медными иглами-электродами, электрически соединенными между собой и обеими сетками, при этом вся конструкция внутри стеклянной вакуумной камеры установлена на диэлектрических стойках, через одну из стоек в вакуумную камеру пропущен провод, соединяющий сетки и иглы с отрицательным полюсом источника постоянного высоковольтного напряжения, в стекло вакуумной камеры по внешнему периметру оппозитно коронирующим электродам вплавлено медное кольцо, соединенное с положительным полюсом источника постоянного высоковольтного напряжения, электромагнитная система выполнена в виде двух соленоидов, сквозь которые пропущен тор вакуумной камеры, обмотки соленоидов соединены последовательно между собой и источником высоковольтного переменного напряжения.