20020401 Второй эксперимент по запуску источника энергии (jpg)

Подготовка к эксперименту.

I: Здравствуй, Александр.
Сегодня получил компакт-диски. Большое спасибо. Начал ознакомление. Нужно
сказать - ты мне дал мощный импульс в направлении рассмотрения резонансных
систем. Проблема не из лёгких, но очень увлекательная. Подхожу к финишу.
Результаты сообщу. Чем занимаешься?
Всего доброго.
Георгий
.
K: Пытаюсь запустить сапфировый генератор. Это дело оказалось сложнее, чем я
думал... От магнетрона пока запустить не удалось. Импульс мощный, но короткий
и спектр широкий. У моего резонатора ширина 200 кГц, а у магнетрона - 200 МГц,
т.е. в 1000 раз шире. Следовательно 40 кВт эквивалентно 40 Вт с узким спектром.
Длина импульса всего 1 мкс, т.е. 10 000 периодов, а желательно 100 000, т.е.
эффект тот же, то от ЛБВ мощностью 4 Вт. И это в 3-х сантиметровом диапазоне.
Если перейти в 8-мм, то от ЛБВ той же мощность эффект будет раз в 50 больше.
.
В эксперименте с магнетроном с импульсной мощностью 40 кВт не удалось даже
возбудить резонансные колебания. С других шариков выходного сигнала не было.
На следующей неделе буду пытаться запустить от ЛБВ.
.
Сейчас выставка Наномир работает в Сокольниках под общим названием "Архимед-
2002", в Дарвиновском музее, в центральном павильоне ВВЦ (ВДНХ), в павильоне
"Юные натуралисты" и в лаборатории Наномир.
.
Самая скоротечная (до Воскресенья) - в Сокольниках. Там и приходится появляться
каждый день.
.
Что касается двигателя, то мне интересно, можешь ли ты рассчитать, какова будет
сила тяги в сапфировом двигателе, состоящем из 3 сферических резонаторов.
Как они расположены показано на фото, которую я вкладываю в письмо. Сине-
зеленый уголок показывает аналог тока в проводящем шевроне. Это что-то типа
тока смещения...
Тип резонанса - "шепчущая галерея". Число узлов стоячей волны вдоль экватора
(красный пунктир) = 20. Длина волны в сапфире = 2.7 мм. Длина волны в воздухе =
8 мм. Частота ~ 36 ГГц. Диаметр резонатора ~ 8 мм. Добротность системы ~ 50 000.
Доля энергии, расположенной снаружи ~ 0.1%. Максимальная напряженность
электрического поля в воздухе ~ 1 кВ на см.
.
Из таких элементов по 3 собран крестодвижитель, схему которого я обнаружил в
учебнике по бисероплетению (тоже вкладываю). Красные уголки подчеркивают
аналогию с уголками проводящего шеврона.



.
.
.
I:  - В общих чертах, понял. О возбуждении. Может быть попробовать способ,
применяемый в металлических полостных объёмных резонаторах. Туда вводят
маленькие проволочки параллельные вектору напряжённости электрического поля или
петельки, плоскость которых перпендикулярна вектору магнитной индукции. В твоём
случае для начала проволочку полуволновой длины можно расположить параллельно
оси шара, так чтобы середина проволочки почти соприкасалась или даже
соприкасалась с окружностью экватора. В ходе настройки можно попробовать
смещать вверх-вниз относительно плоскости экватора. Она будет усиливать поле
магнетрона и действовать локализовано, что тоже немаловажно. Внутренний объём
сферы лучше защитить от прямого проникновения магнетронного излучения, чтобы
избежать противодействия обратной фазы (если "антенное" усиление проволочки
достаточно большое, то роль такой защиты снижается). Для петелек понадобится
слишком малый диаметр (около миллиметра), так что они навряд ли подойдут. Как
ты контролируешь наличие резонансного поля внутри шариков? О двигателе  отвечу
чуть попозже.
.
.
.
K: Я возбуждаю резонатор от волновода с переходом на сапфировую вставку. Очень
эффективно. Петля и антенна во много раз хуже. Проблема была в недостатке
времени.

Анализ эксперимента и план привожу ниже:
.
Попытка подвести энергию от магнетрона к этой резонансной системе не удалась.

При облучении одного из 4 сферических резонаторов на панорамном анализаторе
спектра удавалось снимать сигнал со всех 4 резонаторов.
.
I: - Каим образом ты снимаешь сигнал?
.
K: -Таким же волноводом с сапфировой вставкой по схеме "на проход".
Приблизительно так же, как в слайд фильме "Измерения-2" на диске Nano.
http://ftp.decsy.ru/nanoworld/data/IMAGES/SLIDES/Measures.htm
.
Однако при облучении сигналом от магнетрона не удалось снять сигнал ни с одного
из 4 сферических резонаторов.

Это связано с несколькими проблемами, которые обнаружились в процессе
проведения эксперимента.

1. Без волноводного перехода с сапфировой вставкой сигнал не согласован по
волновому сопротивлению и не возбуждает сферический резонатор. (Это обнаружено
и на панорамном анализаторе спектра)
.
I: - Вставка, конечно, устраняет рассогласованность на входе резонатора и
переносит её на вход вставки, где работать проще, поэтому преимущество есть.
Но если судить по твоим данным о длинах волн в воздухе 8 мм м в сапфире 2,4 мм,
показатель прелоления n составляет, грубо говоря, около 3, что соответствует
коффициенту отражения при переходе из воздуха в сапфир около 0,5. Коэффициент
связи по амплитуде получается тоже около 0,5 т. е. очень много, поэтому
рассоглосование, может быть, не так страшно. Дело, видимо, как ты считаешь, в
спектральных пиках.  Вставка всё таки в какой то степени нарушает однородность
резонатора, что может привести к снижению его добротности. Если Q = 50000, то
амплитуда возбуждающего напряжения будет около 2 В, с учётом рассогласования.
.
K: 2 В при какой мощности? Мне нужно 1000 В на см. Резонансная частота была
9.270 ГГц. Длина волны 3 см.
.
2. Подключение волноводного перехода с сапфировой вставкой привело к быстрому
разогреву перехода. За несколько минут температура перехода возрасла на
несколько десятков градусов, что заставило остановить эксперимент.

3. Для возбуждения резонатора необходимо совпадение спектральных пиков
магнетрона и резонатора. Точность контроля частоты магнетрона осуществлялась
волномером, который имеет погрешность 3%, что составляет 280 МГц, в то время
как ширина полосы магнетрона не превышает 200 МГц.
Таким образом, согласовать частоты магнетрона и резонатора не представилось
возможным.
- Существуют ли для этих частот методы самовозбуждения за счёт положительной
обратной связи, аналогично тому как это делается на более низких частотах? Если
да, то проблему спектрального пика решать бы не пришлось. К сожалению,  в этой
области я не могу посоветовать ничего дельного.
4. Перестройка частоты магнетрона в диапазоне от 9.060 до 9.300 ГГц не помогла
возбудить резонатор.

Это связано с тем, что кроме совпадения частот необходимо позиционирование
волновода и резонатора по трем степеням свободы.

На панорамном анализаторе спектра это оказалось возможным, т.к. генератор
качающейся частоты позволяет видеть спектр проходящего сигнала в реальном
времени.

В процессе позиционирования частота ГКЧ многократно проходит через резонансную
частоту ячейки бисерной структуры.

Частота магнетрона устанавливается вручную, поэтому быстрое сканирование
частоты в процессе позиционирования волновода и ячейки невозможно.

5. Время эксперимента было сильно ограничено, поэтому не было возможности
перестраивать частоту магнетрона по шагам с вариациями позиционирования.

Планирование следующего эксперимента с учетом этих факторов.

1. Планируется эксперимент, длительность которого может достигать нескольких
часов.

2. Перегрев волноводного перехода исключается за счет низкой мощности
магнетрона в процессе позиционирования волновода и резонатора.

3. Поиск режима возбуждения резонатора производится путем ступенчатого
изменения частоты магнетрона с последующим позиционированием волновода и
резонатора методом сканирования по трем координатам (типа телевизионной
развертки и ступенчатого сближения волновода и резонатора)

4. В случае возбуждения резонатора на низкой мощности магнетрона производится
перевод магнетрона на максимальную мощность.
.
I: - Про двигатель не забыл. Занимаюсь.
.
K: -O'Key!
.
.
.
I: Если Q = 50000, то амплитуда возбуждающего напряжения будет около 2 В, с
учётом рассогласования.
.
K: 2 В при какой мощности? Мне нужно 1000 В на см. Резонансная частота была
9.270 ГГц. Длина волны 3 см.
.
I: - Я задавался частотой 36 ГГц, длиной волны в воздухе 8 мм, чтобы
достигаемая в материале (сапфире) напряжённость поля была около электрической
прочности - 10^7 В/м. 2 вольта - это напряжение на полуволновом диполе. Если
перейти к напряжённости поля, получится 500 В/м. Цифра одного порядка с твоей.
.
K: Эту напряженность 500 В/м можно получить с помощью магнетрона какой мощности?
Сколько периодов сигнала от магнетрона достаточно для раскачки до этой
амплитуды?
 
- I: Плотность потока энергии (в системе СИ) S = 0.00265*E^2. Е - напряжённость
электрического поля, В/м, числовой множитель - это квадратный корень из
частного от деления электрической постоянной на магнитную постоянную. S имеет
размерность - Вт/м^2. Отсюда для 500 В/м надо будет 660 Вт/м^2 или чтобы текло
66 милливатт через каждый квадратный сантиметр входа вставки. Мощность
магнетрона получим, если эти 66 мВт умножим на площадь сечения волновода в
см^2 и поделим на коэффициент ослабления при проникновении сигнала во вставку
(около 0,5). Цифра небольшая, но её надо поделить на долю полезной полосы
частот в общем спектре магнетрона (0,005).  В общем выходит, что для волновода
сечением 1 см^2 мощность будет 20 Вт. Такую мощность надо подавать, чтобы через
10^6 периодов амплитуда поля в резонаторе достигла расчётной величины 10^7 В/м.
Позицирование предполагается почти идеальным.
.
Сапфировая вставка не отражает 0.5 обратно, т.к. она имеет форму клина, острый
конец которого направлен внутрь волновода. Волновод постепенно сужается, а
толщина сапфировой вставки постепенно увеличивается от нуля до заполнения всего
сечения сужающегося волновода.
 
- I: Говоря об отражении я подразумевал металлический диполь.
.
Можешь рассчитать эти величины и для 8 мм, и для 3 см? На этой неделе будут
эксперименты в обоих диапазонах.
 
- I: Напряженность поля и плотность потока энергии т.е. мощность, приходящаяся
на единицу площади волновода, от частоты не зависят. Следует ожидать, что
сечение волновода при для 3 см как минимум в 10 раз выше, значит и мощность во
столько же раз больше.
.
Всего благоприятного. Георгий
.
Твой Кушелев
nanoworld@bigfoot.com
.
.
.
- I: Плотность потока энергии (в системе СИ) S = 0.00265*E^2. Е - напряжённость
электрического поля, В/м, числовой множитель - это квадратный корень из
частного от деления электрической постоянной на магнитную постоянную. S имеет
размерность - Вт/м^2. Отсюда для 500 В/м надо будет 660 Вт/м^2 или чтобы текло
66 милливатт через каждый квадратный сантиметр входа вставки. Мощность
магнетрона получим, если эти 66 мВт умножим на площадь сечения волновода в см^2
и поделим на коэффициент ослабления при проникновении сигнала во вставку (около
0,5). Цифра небольшая, но её надо поделить на долю полезной полосы частот в
общем спектре магнетрона (0,005).  В общем выходит, что для волновода сечением
1 см^2 мощность будет 20 Вт. Такую мощность надо подавать, чтобы через 10^6
периодов амплитуда поля в резонаторе достигла расчётной величины 10^7 В/м.
Позицирование предполагается почти идеальным.
.
K: - А если при частоте 9.30 ГГц длительность импульса = 1 мкс, т.е. вместо
миллиона периодов проходят только 10 000?
.
Эксперимент на 8 мм я хочу провести не с магнетроном, а с ЛБВ. Задающий
генератор Г4-156. Он сделан на лампе обратной волны и кажется держит 4-ый знак,
а кратковременно и 5-ый. Какая мощность в непрерывном режиме достаточна для
раскачки резонатора? (Не знаю, какой процент энергии пройдет через воздушный
зазор между сапфировой вставкой и резонатором).
.
Твой Кушелев
nanoworld@bigfoot.com
P/S
Благодарю за помощь. Твои оценки меня сильно поддерживают морально. Я не
теоретик, поэтому часто приходится экспериментировать вслепую...
.
.
.
K: Сегодня провели эксперимент в диапазоне 8 мм. Согласовали частоту задающего
генератора ЛБВ с частотой резонатора.
.
Как только мощность ЛБВ достигла 3.5 Вт система резонаторов (12 сфер, образующих
куб) вспыхнула ярким светом!
.
Измерение мощности показало, что световая мощность нового источника энергии
равносильна световой мощности лампы накаливания 185 Вт.
.
Вес сапфирового генератора равен 43.7 г. Объем установки равен 78 кубических
сантиметров.


Сегодня выслал тебе второй экземпляр включенного источника энергии в металлической
банке из под черной икры (для экранирования излучения).
Когда будешь открывать банку, не забудь одеть защитные очки!
.
Твой Кушелев
20020401
.
.
.
CD N1: http://ftp.decsy.ru/nanoworld/index.htm
NanoWorld 2002: http://ftp.decsy.ru/nanoworld2002/index.htm