Текст книги "Структура мироздания Вселенной. Часть 2. Макромир"

Таким образом, явление шаровой молнии является прямым доказательством существования полевой формы вихревого электричества, а существование «газоподобного электричества» со свойствами «холодного электричества» доказаны исследованиями Б. Франклина, М. Фарадея и Н. Тесла.

Спрайты.

Фиг. 3.2б Спрайты – объёмная схема электрического волновода из потенциалов следа прошедшего макровихрона.

Спрайты – очень яркие объемные вспышки, возникающие на высоте 70—90 километров и спускающиеся вниз на 30—40 километров, а иногда и больше. В верхней части их ширина достигает порой десятков километров. Это самые объёмные из высотных разрядов. Спрайты состоят в прямом родстве с сильными молниями, и которые вспыхивают в мезосфере примерно через сотую долю секунды после разряда наземных лидеров. Красно-фиолетовый цвет их переходящий в синий связан с высвечиванием возбуждённых молекул атмосферного азота – 300—400 нм синий и 600—800 нм красный. Верхняя часть спрайта светится однородно, а вот ниже 70 километров разряд как будто сплетается из каналов толщиной в сотни метров. Эти каналы называют стримерами по аналогии с хорошо известными разрядами. Диаметр этих стримеров во много раз больше грозовых наземных лидеров-стримеров и растёт гораздо быстрее, чем падает с высотой давление воздуха. Природа свечения и форма разряда – электрическая. Форма разряда обусловлена следом-формой (фиг.3.2б) электрического поля (волновод из электропотенциалов, мгновенный источник питания высоким напряжением), создаваемого одним из разовых свободных и биполярных макровихронов, который формирует потенциалы229229
  Потенциалы уложены спиралями на полусферах, причём максимальные и противоположные находятся на вертикали оси один над другим, плоскость разделяющая обе сферы несет по окружности зёрна нулевого потенциала..


[Закрыть]своего волновода соизмеримые по величине с временем своего (несколько миллисекунд) формирования лидером разряда линейной молнии. Обозначим этот процесс – конечный наземный разряд канала линейной молнии и рождение тяжёлого свободного биполярного макровихрона длиноволнового диапазона230230
  Начало диапазона электромагнитных волн.


[Закрыть], несущего в себе всю историю изменения электрического поля в распределённой точке облачного электрического заряда – как двадцать восьмое свойство такого «тяжёлого» магнитного монополя.

Длина волны электромагнитного кванта от этого ступенчатого лидера порядка 200—300 км. Потенциалы-зёрна в верхней и в нижней части эллипсоида, показанные на фиг.3.2б, максимальны по абсолютной величине231231
  Значение этих потенциалов соизмеримо с аналогичными параметрами потенциалов в головке лидера.


[Закрыть] и противоположны по знаку, т.е. достигается удвоение первичного потенциала головки лидера. Между ними создаётся электрическое поле с напряжённостью вблизи верхней части более чем достаточной для электроразряда конкретного типа, свойственной для этой части разрежённой атмосферы. Такое поле по величине и форме и приводит к такой причудливой картине разрядов. А когда этот эллипсоид достигает очень больших объёмов и очень высоких потенциалов, возникают группы одновременно стартующих спрайтов и размещающихся по окружности среднего радиуса объёмного эллипса.

Голубые джеты или синие струи стартуют с верхнего края грозового облака и достигают иногда 40-километровой высоты.

Скорость распространения голубых джетов – от 10 до 100 км/с. Их появление не всегда связано с видимыми разрядами молний. На высотах, откуда стартуют джеты, давление еще относительно высокое, поэтому они голубые. Так светят молнии, коронный разряд на проводах, искровой разряд и даже пламя высокой температуры. Это тоже свечение молекул азота в ультрафиолетово-голубой части спектра. Кроме обычных джетов, с верхней кромки облака иногда срываются вверх так называемые голубые стартеры. Они не поднимаются выше 30 километров. Самый большой тип голубых джетов назвали гигантскими джетами, стартуя из тропосферы, они достигают 90-километровой высоты и попадают прямо в ионосферу.

Природа развития этих стримеров, как и в предыдущем случае электрическая. Механизм тот же, но длина волны гораздо короче, не более 30—50 км. Старт расположен ближе к границе зоны излучения кванта электромагнитной волны. Не исключено, что это не первый фазовый объём кванта, а один из последующих. Возможно, также, что голубые джеты производятся внутриоблачными молниями с горизонтальным развитием лидера, который и образует соответствуюшие макровихроны, поэтому они и растут вверх.

Эльфы – самые короткоживущие в семействе высотных разрядов. Эти светящиеся красно-фиолетовые кольца232232
  Спрайты и эльфы – кадры из указанного выше фильма «Молнии» студии «PIONEER».


[Закрыть] возникают в нижней ионосфере на высотах 80—100 километров. Меньше чем за миллисекунду свечение, возникнув в центре, расширяется до 300—400 километров. Они рождаются через три десятитысячных секунды (300 микросекунд) после сильной молнии, ударившей из грозового облака в землю – облачный лидер.

Ее ствол становится «передающей антенной», от которой со скоростью света стартует мощная сферическая электромагнитная волна очень низкой частоты. За 300 микросекунд она достигает высоты 100 километров, где возбуждает красно-фиолетовое свечение молекул азота.

Чем дальше уходит волна, тем шире становится кольцо, пока не угасает с удалением от источника. Эльфы – это одни из немногих видимых фантомов, которые, достигая нижних слоёв ионосферы, способны рассказать нам о структуре электромагнитной волны, её форме и свойствах. Некоторые слои ионосферы, как камера Вильсона233233
  Один из видов детекторов ядерных излучений.


[Закрыть], напряжены настолько, что способны зарегистрировать такой квант. Но этот квант очень протяженный и может достигать в длину до 300 000 км. Поэтому часть чувствительной и напряжённой области ионосферы так реагирует на прохождение через него кванта электромагнитной волны. Вихрон, формируя фазовый объём кванта, формирует геометризованные потенциалы волновода в ионосфере. Между этими потенциалами возникает электрический ток, который возбуждает электронные уровни атомов, молекул и ионов. Обычное время высвечивание возбуждённых атомов и молекул в разрежённой атмосфере несколько больше, чем в приземном воздухе. Поэтому в полном соответствии с предложенной структурой электромагнитного кванта, чувствительный слой ионосферы, как фотопластинка, регистрирует в движении фантом высвечивания следа и диаметра волновода, прошедшего макровихрона. Таков механизм природы свечения эльфа.

Гало – это однородное красновато-фиолетовое свечение на высоте около 80 километров. Причина разряда та же, что и у верхней части спрайтов, но в отличие от них гало всегда возникает прямо над вспышкой молнии. Спрайты же могут возникать по средней окружности волновода. Существует определённая связь между спрайтами и гало. Они появляются то вместе, то порознь. Возможно, гало и есть верхняя часть спрайтов, когда напряженности электрического поля не хватило, чтобы разряд распространился в более плотный нижний воздух. Механизм этого свечения, аналогичен свечению сужающихся колец эльфа, и также возникает в чувствительном слое ионосферы. Это гало является детектором области, возбуждённой вихроном, который формирует немногим более длиноволновые, чем 200—300 км, электромагнитные волны. Иногда, совпадает вершина объёмного потенциала с месторасположением чувствительного слоя ионосферы и условиями рождения спрайтов, тогда наблюдаются одновременно и спрайт и гало.

Рассмотренные явления хорошо наблюдаются со спутников Земли и своими свойствами очень похожи на явления от «чёрных» пятен до выбросов плазмы из фотосферы Солнца. И в том и другом случае лежит одна природа явления – «тяжёлые» магнитные монополи макровихронов.

Генераторы магнитных монополей макровихронов в газах и в вакууме.

Кластеры ионно-электронной плазмы в фазовых объёмах макровихронов. Излучение электромагнитных волн с металлической антенны-электрода, излучение фотонов из переменного электрического поля возбуждённого атома, и вообще излучение ЭМВ с электрода, на который подан короткий электрический импульс – это хорошо изученное явление методом «чёрного ящика», широко применяемое на практике. Механизма явлений переноса волны с микрофизических позиций в открытых публикациях не обнаружено. А вот излучение, полученное безэлектродным способом с помощью катушки индуктивности, это явление также недостаточно изученное. Первый пример – безэлектродные плазмотроны индуктивного и емкостного типа.

Кластеры плазмы в плазмотронах. На сегодняшний день существует большое количество различных конструкций высокочастотных плазмотронов, как емкостного типа (ВЧЕ), так и индуктивного (ВЧИ) разной мощности, с разными способами зажигания разряда и различными способами охлаждения разрядных камер плазмотронов. Для питания плазмотронов в диапазоне частот 0,066 – 5,28 МГц используют промышленные генераторы типа ВЧИ, которые разработаны и применяются для индукционного нагрева различных материалов. Выбор этих генераторов определяется тем, что они рассчитаны на нагрев в поле индуктора, эквивалентная схема которого подобна эквивалентной схеме индукционного плазмотрона. В настоящее время для питания плазмотронов используются ВЧ-генераторы с частотой 440 кГц – 30 МГц, основное назначение которых – индукционный и диэлектрический нагрев материалов. В высокочастотных плазмотронах, как правило, применяются электровакуумные ламповые генераторы с самовозбуждением – автогенераторы с мощностью от десятка до 1000 киловатт.

Плазмотроны индуктивного типа. Высокочастотный индукционный плазмотрон представляет собой устройство, позволяющее получать при атмосферном давлении плазму с температурой 700—11000 К. Мощность современных ВЧИ-плазмотронов составляет величину от единиц до тысяч киловатт. Высокочастотное переменное магнитное поле индуктора индуцирует в плазме кольцевой электрический ток. Безэлектродная кольцевая234234
  Кольцевая форма электрического тока обусловлена максимальной напряжённостью, т.е. плотностью силовых линий цилиндрического соленоида; в случае шаровой катушки в её центре рождается шаровая форма электрического тока.


[Закрыть] форма тока, отсутствие электродов определяют чистоту плазмы в таком плазмотроне.

Для образование внутри плазмотрона проводящей среды при атмосферном давлении необходимо предварительно ионизировать газ от постороннего источника, то есть «зажечь» плазмотрон. После «зажигания» в разрядной камере плазмотрона возникает самоподдерживающийся стационарный безэлектродный индукционный разряд при атмосферном давлении. Для стабилизации процесса осуществляют продув газа через разрядную камеру, при этом, на выходе плазмотрона получают высокотемпературную струю. Стабилизация вихревым потоком в инженерном отношении – это наиболее простой способ стабилизации. Вихревое движение газа по внутренней поверхности разрядной камеры приводит к резкому разделению тяжёлого и холодного газа, протекающего вдоль стенок, и лёгкой горячей плазмы, сконцентрированной вблизи оси. Вторичным и неизбежным эффектом вихревой стабилизации является подсос газа через вихревую воронку внутрь плазмотрона. Величину этого обратного потока можно регулировать некоторым количеством прямоструйной газовой подачи, подаваемой в плазмотрон по отдельному газовому каналу.

Кроме того важным конструктивным элементом ВЧИ-плазмотрона является экран, закрывающий окружающее пространство от светового и электромагнитного излучения плазмотрона.

До тех пор пока проводимость газа мала разряд «прозрачен» для магнитного поля, и переменное магнитное поле индуктора не в состоянии передавать свою энергию разряду. Однако, как только проводимость под влиянием увеличения электрического поля достигает некоторой критической величины, «магнитная энергия» индуктора начинает выделяться – в разряде появляется кольцевой ток и наступает индукционная форма безэлектродного разряда. При этом напряжение на индукторе резко падает и электрический разряд гаснет.

До сих пор нет ясной картины происходящих процессов в плазмотроне. Непонятно, почему магнитная энергия индуктора начинает выделяться в форме кольцевого электрического тока при достижении им некоторой критической величины, а при этом напряжение на индукторе начинает резко падать.

Каков механизм взаимодействия между поглощающей излучение плазмой и падением напряжения на индукторе?

Индукционная теория безэлектродного высокочастотного разряда получила развитие в фундаментальных работах Томсона, вышедших в 1926—1927 годах. Томсон полагал, что основной причиной возникновения разряда является магнитное поле соленоида. Дальнейшими исследованиями было показано, что разряд в трубке действительно возникает под действием электрического поля между витками соленоида и носит характер продольного слабого свечения вдоль всей трубки. Однако при дальнейшем увеличении амплитуды высокочастотных колебаний это визуально235235
  Также как и на экране телевизора, где развёртка всего лишь 50 кадров в секунду, глаз человека инертен по отношению к тем высокочастотным процессам, которые происходят в поле соленоида – глазом регистрируется лишь средняя картинка, которая фактически уже сменилась несколько раз с помощью новых квантов тока.


[Закрыть] наблюдаемое свечение становится ярче и, наконец, возникает яркий кольцевой разряд, появление которого можно определить по силе светового излучения и реакции генератора (падение напряжения). Продольное свечение от электрического поля при этом исчезает.

С точки зрения САП природа безэлектродного высокочастотного разряда и физическая суть происходящих в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона явлений состоит в следующем. «Зажигание» безэлектродного разряда всегда происходит за счёт электрического поля индуктора, напряжённость которого может быть в 30 и более раз выше напряжённости индукционной ЭДС. Это создаёт первоначальную ионизацию газа, которая по мере увеличения амплитуды высокочастотных колебаний растёт, повышая проводимость разряда. Поместив колбу снаружи индуктора, в зоне действия Е-поля, Мак-Кинон смог получить только продольное свечение ВЧЕ-разряда, который ни при каких условиях не переходил в ВЧИ-форму. В вакуумном баллоне, помещённом в поле высокочастотного индуктора, могут существовать обе формы разряда: разряд, вызванный электрическим полем витков индуктора, и разряд индукционного типа. Впоследствии эти формы разряда Г. И. Бабат назвал Н-разрядом (ВЧИ) и Е-разрядом (ВЧЕ). При этом возможны две формы появления индукционного разряда: лавинообразная форма и постепенный переход емкостного разряда в индукционный разряд. Основные способы газовой стабилизации плазменного сгустка в разрядной камере индукционного плазмотрона:

– вихревым потоком;

– аксиальным пристеночным потоком.

Основные способы «зажигания» индукционного плазмотрона:

– при атмосферном давлении емкостным током;

– при атмосферном давлении с помощью вводимого в плазмотрон штыря;

– на пониженном давлении 10^—2 торр;

– при атмосферном давлении электрической дугой.

«Зажигание» безэлектродного разряда всегда происходит за счёт электрического поля индуктора.

Плазмотроны емкостного типа. В плазмотроне емкостного типа источник питания связан с плазмой через электрическую ёмкость коаксиальной системы, образованной внешними электродами 3 и плазменным шнуром 4. Возникающий при этом шнур плазмы не имеет непосредственного контакта ни с электродами, ни со стенками разрядной камеры, что обеспечивает чистоту плазмы. Такой плазмотрон очень сильно отличается характером плазмы от плазмотрона индуктивного типа. Сила тока в плазмотроне емкостного типа составляет 1—10 А по сравнению с сотнями ампер в плазмотроне индуктивного типа, общее падение напряжения на единицу длины шнура составляет до 20—200 В/см, диаметр шнура – до 1 см (5—15 см индуктивного типа плазмы). Эти характеристики плазмотрона емкостного типа позволяют реализовывать в нём высокую мощность при весьма слабых токах. Плазма в таких условиях даже в молекулярных газах неравновесна.

Из результатов сравнительных экспериментов следует, что относительная величина мощности излучения возрастает с повышением мощности индукционного разряда. Спецификой емкостных разрядов является низкий уровень излучения плазмы, составляющий не более 1% мощности разряда.

Физические процессы в безэлектродной форме разряда. По определению плазмой считается ионизированный газ возбуждённых молекул и атомов, в котором плотности пространственных зарядов, созданных положительно и отрицательно заряженными частицами, одинаковы или почти одинаковы (квазинейтральность), а хаотическое тепловое движение этих частиц преобладает над их направленным перемещением под действием внешнего электрического поля.

Прежде всего, необходимо ещё раз показать сходства и отличия между полями стационарного магнита, полем переменного магнитного монополя, полем кластера плазмы, захватившей своим электрическим зарядом мощный переменный магнитный монополь, а также полем плазмы, модулированной непрерывным потоком проходящим через неё высокочастотных электромагнитных вихронов. Поле стационарного магнита является суммарным полем одинаково ориентированных спинов электронов и поляризованных доменов в кластерах твёрдого тела, специальным образом ориентированных внешним полем и закреплённых в кристаллической решётке твёрдого тела. Другими словами, магнитное поле стационарного магнита твёрдого тела является суммарным полем высокочастотных вращений магнитных монополей в геометрических структурах элементарных частицах, включая электроны, а также соответственно поляризованных доменов в структурах его кристаллической решётки. Оно, в основном, обусловлено стационарным положением этих частиц в решётке с небольшими температурными колебаниями около положения равновесия. Внешне такое поле проявляется таким образом, как это изображено на фото внизу, слева. А практически его можно наблюдать если разрезать пополам любой стержневой магнит, то на одной плоскости разреза всегда будет один полюс, а на другой – противоположный.

Фиг.3.2г. Процесс перезарядки магнитного монополя

Фиг.3.2г. Процесс перезарядки магнитного монополя

Внешнее поле между разрезанными плоскостями динамически сформировано, как показано в первой главе этой книги, зёрнами-потенциалами, которые распространяются от стационарного источника со скоростью много большей скорости света – магнитное пространство-поле. Поле переменного свободного магнитного монополя (фиг.2.7) не имеет постоянного значения и знака заряда, оно всегда в продольном движении со скоростью света с перезарядкой одного знака на другой и круговом движении со сверхсветовой скоростью (фиг.2.6). Если постоянный магнит всегда связан с массой атомно-молекулярного вещества ферромагнетика, которая и определяет его внешнее поле, то свободный магнитный монополь не имеет массы (фиг.2.1) и может быть рождён не только в переменном электрическом поле, но и даже одновитковым соленоидом с током – прямой эффект. Обратный эффект – направленный поток магнитных монополей (радиоволны от передатчика), проходя через одновитковый соленоид, наводит в нём электрический ток, который усиливается и является сигналом для радиопеленгаторов этого потока. Отсюда следует, что разовый электрический импульс через соленоид создаёт разовый свободный магнитный монополь, который излучается в окружающее пространство. Высокочастотный ток через соленоид каждым своим фронтом спада в импульсе от максимального значения к минимальному рождает один магнитный монополь, а цуг (пакет) таких фронтов даёт на одном и том месте пропорциональное количество магнитных монополей. В результате разницы в скоростях236236
  Эта разница превосходит во много раз скорость света.


[Закрыть] изменения электрического поля и скорости света, создаётся эффект «кино», т.е. устанавливается виртуальная картинка – рождается квазистационарный и локально размещённый магнитный монополь. Этот заряд с одной стороны, уже как стационарный заряд производит внешнее магнитное поле. А так как этот заряд со скоростью света перезаряжается в противоположный, то результирующая картинка этого «кино», как следствие интерференции двух источников, и регистрируется всегда в виде непрерывных силовых линий магнитного поля.

Основные свойства единой совокупности магнитных, электрических и гравитационных монополей – предмет этой книги.

Поле кластера плазмы, который захватил своим электрическим зарядом противоположный электрический заряд макровихрона, отличается от монопольной формы поля движущегося магнитного монополя, тем что в его объёме заряд движения преобразовался в заряд покоя – гравитационный монополь. И теперь этот заряд регенерирует с определённой частотой магнитный монополь, который и создаёт внешнее магнитное поле этого кластера и сопутствующий гиперзвук. Как и в шаровой молнии, в таком кластере имеются два таких магнитных заряда противоположно заряженных (фиг. 3.2 и 3.2а, поз.3).

Магнитное поле модулированного кластера плазмы. Через кластер плазмы проходят со скоростью света магнитные монополи, как и в металлическом проводнике, в котором создаётся электрический ток. Внешнее поле такого кластера аналогично полю проводника с током. Внешнее магнитное поле соленоида, катушки индуктора или катушки трансфоматора не является полем стационарного магнита, так как на него подаётся высокочастотный ток, т.е. импульсный синусоидальный ток, который имеет фронт подъёма амплитуды, спад и определённую длительность. На спаде тока (э.д.с. самоиндукции) в сильном поле возбуждается противодействующий этому процессу электромонополь в форме кольцевого тока, который воспроизводится в плазме с определённой частотой. Этот электрический монополь переменный и генерирует свои собственные магнитные монополи, противоположные по знаку, магнитному полю индуктировавшего его. Вот эти магнитные монополи и формируют электромагнитное излучение, поглощаемое плазмой или прозрачное через газ с плохой проводимостью. Если плазма поглощает эти магнитные монополи это значит, что через их волноводы из электропотенциалов начинают идти вихревые токи из ионов или электронов, которые своим током противодействуют спаду токов в импульсах. Это приводит к падению напряжение на катушке. Практически наиболее интересен обратный эффект, замеченный К. Шоулдерсом на катушке (фото 2.7 справа) из нескольких витков, намотанных на рабочую стеклянную трубку, когда процессы на плазмоиде индуктируют на ней более мощный импульс, чем тот который породил его. Этот обратный эффект и был использован А. В. Вачаевым в его реакторе на катушке Брукса для организации непрерывного процесса путём регенерации плазмоида в новой порции протекающей воды.

Магнитогидродинамический (МГД) генератор – это энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию. В МГД – генераторе происходит прямое преобразование механической энергии движущейся среды в электрическую энергию. Принцип работы МГД-генератора, как и обычного генератора, основан на явлении электромагнитной индукции М. Фарадея. В отличие от обычных генераторов проводником в МГД-генераторе является само рабочее тело. Рабочее тело движется поперёк магнитного поля, и под действием магнитного поля возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков. На заряженную частицу действует силы Лоренца. Рабочим телом МГД-генератора могут служить следующие среды:

– электролиты

– жидкие металлы

– плазма

Первые МГД-генераторы использовали в качестве рабочего тела электропроводные жидкости. В настоящее время применяют плазму, в которой носителями зарядов являются в основном свободные электроны и положительные ионы. Под действием магнитного поля носители зарядов отклоняются от траектории, по которой газ двигался бы в отсутствие поля. При этом в сильном магнитном поле может возникать поле Холла – электрическое поле, образуемое в результате соударений и смещений заряженных частиц в плоскости, перпендикулярной магнитному полю.

МГД работает следующим образом. При движении электропроводящей среды вдоль оси канала в магнитном поле в каждой её точке возникает локальная э. д. с. При подключении электродов МГД к нагрузке внешней сети в электропроводящей среде, потечёт электрический ток. Между электродами возникает разность потенциалов, а в плазме – электрическое поле, направленное против индуцированного. Плотность тока в плазме определяется обобщённым законом Ома. Простейшая схема МГД-генератора с фарадеевским линейным каналом показана на рисунке. В таких МГД генерируемый в плазме ток поступает на токосъемные электроды и далее в нагрузку (сеть). Фарадеевским канал МГД называется потому, что ток на электроды течёт по направлению индуцированной по закону Фарадея э. д. с. При протекании тока в магнитном поле в плазме возникает электромагнитная сила течения. Плазма в единицу времени совершает работу по преодолению этой силы и передаётся в виде полезной электрической мощности во внешнюю нагрузку (в сеть), а другая часть расходуется в плазме в виде джоулева тепла.

Процессы. В общем принципе преобразовании механической энергии в электрическую МГД – генераторы обратны эффекту и устройствам Л.А.Юткина. Для упрощённого понимания процессов реактор А. В. Вачаева можно рассматривать также с позиций магнитогидродинамического генератора. В этом случае в классической схеме МГД-генератора роль генератора плазмы в электролите-воде выполняет сфера плазмоида-«шаровой молнии» диаметром менее одного милиметра, состоящая из двух независимых, противоположных и взаимодействующих магнитных монополей пульсирующих по амплитуде заряда.

Движения электронов в вакууме – генераторы

Рассмотрим продукты движения пучков электронов во внешних полях по аналогии движения одного в возбуждённом атоме и их физические свойства. Что такое электрический ток и какие свойства электронов проявляются в нём? Электрический ток в металлических проводниках обусловлен электронами. Однако столетние попытки дать ему однозначное определение и осмысление процесса до сегодняшнего дня не увенчались успехом. Другое дело ток электронов в вакуумных лампах-трубках между двух или нескольких электродов – понятен, ясен и хорошо описывается простыми выражениями из экспериментальной физики237237
  Месяц Г. А., Проскуровский Д. И. «Импульсный электрический разряд в вакууме», Новосибирск, Наука, 1984 год, 256 с.


[Закрыть]. Поэтому и был достигнут существенный успех в электронике 30—50 годах благодаря электровакуумной технике. В последние годы ламповым узлам вакуумной техники, как генераторам импульсов, опять было уделено повышенное внимание в связи с возможностью получения крутых фронтов высоковольтных наносекундных электрических импульсов большой мощности (как средство возможности резкого изменения электрического поля, которое и порождает мощные и заметные уже магнитные монополи), использовании в электромагнитном оружии мощного СВЧ-излучения в лампах с виртуальным катодом – виркатор, а также при разработке специальных генераторов нейтронов, для LENR, импульсных магнетронов и т. д.

Динатрон-тетрод. В 1918 года А. Халл предложил новый тип вакуумной лампы – динатрон. Впоследствии он называл свои изобретения греческими именами: динатрон, тиратрон, магнетрон и т. д. Динатрон имел три электрода – спиральный катод прямого накала, окружающий его перфорированный цилиндр первого анода и внешний, сплошной, цилиндр второго анода. Первый анод динатрона внешне походил на сетку обычного триода но, в отличие от него, на него следовало подавать положительное напряжение (потенциал) смещения. При определённом соотношении напряжений на анодах рост напряжения на втором аноде приводил к снижению тока через него. Халл предлагал использовать одиночные динатроны в качестве генераторов высокочастотных колебаний, а двойки из непосредственно-связанных динатронов – как неинвертирующие усилители.

В 1926 году Халл соединил триод и динатрон, поставив между сеткой и анодом экранирующую сетку. В том же году Г. Раунд довёл идею, впервые выдвинутую В. Шоттки (1916), до серийного выпуска – на рынок вышли первые серийные радиочастотные тетроды. Новая лампа превосходила триод в области верхних частот, но при малых анодных напряжениях демонстрировала тот же эффект, что и динатрон Халла.

Динатронный эффект в электронных лампах – переход электронов вторичной эмиссии на другой электрод. Бомбардировка анода лампы электронами высокой энергии выбивает из анода электроны вторичной эмиссии. Если при этом на другой электрод подан потенциал, превышающий потенциал анода, то вторичные электроны не возвращаются на анод, а притягиваются к другому электроду. Ток анодной нагрузки падает, ток другого электрода растёт. В тетродах динатронный эффект порождает нежелательное состояние отрицательного внутреннего сопротивления, при котором рост анодного напряжения сопровождается уменьшением анодного тока. В пентодах динатронный эффект подавляется введением третьей (антидинатронной) сетки, которая препятствует вылету вторичных электронов из поля анода.

Работа выхода электрона из металлического анода составляет, в зависимости от материала анода, единицы электронвольт (эВ). Практически каждый электрон, падающий на анод извне с энергией более 10…15 эВ, способен выбить из анода медленный вторичный электрон. В нормальных режимах работы вакуумной лампы энергия электронов, бомбардирующих анод, заведомо больше этого порога – сотни эВ в приёмно-усилительных лампах, тысячи эВ в генераторных лампах, десятки тысяч эВ в высоковольтных кенотронах.

Клистрон представляет собой электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ и последующей группировки электронов в сгустки-кластеры в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ поля. Клистроны подразделяются на два класса – пролётные и отражательные.

В пролётном клистроне электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объёмных резонаторов. В простейшем случае резонаторов два – входной и выходной. Дальнейшим развитием пролётных клистронов являются каскадные многорезонаторные клистроны, которые имеют один или несколько промежуточных резонаторов, расположенных между входным и выходным резонаторами.

Пролётные клистроны. Устройство и принцип действия:

В клистроне имеются два объемных резонатора с ёмкостными сеточными зазорами. Первый резонатор называют входным, или модулятором; второй – выходным. Пространство между ними называют пространством дрейфа или группирования.

Электроны, излучаемые катодом, ускоряются постоянным напряжением U₀ второго электрода и попадают в узкий сеточный зазор первого резонатора, в котором имеется продольное СВЧ поле. Это поле периодически ускоряет и замедляет электроны, модулируя электронный поток по скорости. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки за счёт того, что быстрые электроны догоняют медленные. Этот модулированный по плотности электронный поток попадает во второй резонатор и создает в нем наведённый ток той же частоты, что и частота входного модулирующего поля. В результате между сетками резонатора появляется высокочастотное электрическое поле, которое начинает взаимодействовать с потоком электронов. Необходимые параметры клистрона подбираются таким образом, чтобы электрическое поле второго резонатора тормозило сгустки электронной плотности и ускоряло её разрежения. В результате в среднем за период одного колебания поля тормозится большее число электронов, чем ускоряется. Кинетическая энергия кластера электронов преобразуется в энергию СВЧ колебаний электромагнитного поля второго резонатора, а электроны, пройдя резонатор, оседают на коллекторе, рассеивая оставшуюся часть кинетической энергии в виде тепла.