CN114102270B - 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法 - Google Patents

一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114102270B
CN114102270B CN202111326605.6A CN202111326605A CN114102270B CN 114102270 B CN114102270 B CN 114102270B CN 202111326605 A CN202111326605 A CN 202111326605A CN 114102270 B CN114102270 B CN 114102270B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal wire
light source
flash light
pulse
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111326605.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114102270A (zh
Inventor
姚伟博
杨海亮
王等旺
魏浩
徐海斌
随亚光
李沫
姜晓峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute of Nuclear Technology
Original Assignee
Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute of Nuclear Technology filed Critical Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority to CN202111326605.6A priority Critical patent/CN114102270B/zh
Publication of CN114102270A publication Critical patent/CN114102270A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114102270B publication Critical patent/CN114102270B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0406—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases the gas being air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/20—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to wires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法，主要解决现有金属丝导致强脉冲闪光光源的辐射强度较弱，从而影响光敏炸药的可靠和同步起爆的问题。该方法包括以下步骤：步骤一、对金属丝表面进行抛光处理；步骤二、对金属丝进行预加热；步骤三、金属丝表面涂油；步骤四、金属丝整体风干，随后将风干后的金属丝安装至脉冲强闪光光源中，产生强脉冲闪光。本发明方法可以有效提高金属丝上的沉积能量，避免出现过早的沿面闪络，获得更高的强脉冲闪光强度，有利于大面积光敏炸药的可靠和同步起爆。

Description

一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法
技术领域
本发明涉及脉冲功率技术领域，具体涉及一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法。
背景技术
在脉冲功率技术中，利用等效脉冲载荷加载在壳体结构表面模拟强脉冲X射线产生的热-力学效应。现阶段，光敏炸药加载技术是最理想的加载方法，具体通过强脉冲闪光瞬时引爆喷涂在壳体结构表面的光敏炸药，对壳体结构施加脉冲载荷来模拟强脉冲X射线的热-力学效应，该种方式能够比较真实地模拟强脉冲X射线引起的脉冲载荷作用，具有面加载同时性好、载荷余弦分布规律、载荷幅值小和冲量加载较容易控制等众多优点。上述光敏炸药的可靠和同步起爆与强脉冲闪光光源的辐射光强度具有较大关系，因此，通过提高强脉冲闪光光源的辐射光强度，将有助于光敏炸药加载技术在模拟强脉冲X射线产生的热-力学效应中的成功应用。
强脉冲闪光光源基于金属丝电爆炸的工作原理，通过脉冲功率驱动源产生的脉冲大电流作用到金属丝上，由于金属丝上存在的固有电阻，脉冲大电流对金属丝进行欧姆焦耳加热，这一加热过程即引起金属丝上能量沉积。当金属丝上流过的脉冲电流逐渐增大时，金属丝上沉积的能量也逐渐增大，金属丝的温度逐渐升高，当温度升高到金属丝的熔点时，金属丝开始出现熔化现象，此时，金属丝的温度不再增加，金属丝的电阻随其电阻率的增大而增大，焦耳加热进一步增强，金属丝上沉积的能量快速增加。
其次，当金属丝上沉积的能量随着脉冲功率源放电电流的增大而增加时，金属丝已经融化的部分，将进一步进行焦耳加热，直到其温度达到金属丝的汽化点，此时，金属丝逐渐汽化，其电阻率进一步增大，金属丝由良导体逐渐变为绝缘体。随着金属丝上电流的增大，金属丝电阻也进一步增大，金属丝上的阻性电压迅速升高，这一升高的金属丝电压将直接施加在金属丝两端，导致金属丝两端出现过压击穿现象，并产生电爆炸等离子体。电爆炸等离子体是一种良导体，因此，脉冲功率驱动源的回路电流将会在电路中振荡衰减，直到电容器上的能量消耗完毕。
最后，当金属丝电爆炸等离子体贯穿整个放电通道贯后，将产生沿金属丝轴向分布的强脉冲闪光辐射，辐射强度主要决定于电爆炸等离子体的温度和粒子数密度等参数，用于驱动光敏炸药的大面积均匀起爆。
现有的强脉冲闪光光源一般采用裸金属丝在空气中直接电爆炸产生，该方法存在的问题主要有：(1)当金属丝参数(直径、长度和材质)与脉冲功率源储能匹配不当时，产生的强脉冲闪光强度弱，不利于大面积光敏炸药的起爆；(2)当金属丝的长度较长或总质量较大时，由于金属丝上的能量沉积较慢，金属丝在电爆炸过程中容易出现过早沿面闪络，从而终止了金属丝上的能量沉积过程，无法进一步产生强脉冲闪光，从而影响光敏炸药的可靠和同步起爆。
发明内容
本发明的目的是解决现有金属丝导致强脉冲闪光光源的辐射强度较弱，从而影响光敏炸药的可靠和同步起爆的问题，提供一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法，包括以下步骤：
步骤一、对金属丝表面预处理；
对金属丝表面进行抛光处理，抛光处理后，金属丝表面粗糙度为1.6～0.8，其中，金属丝长度为5～200cm，直径为Ф0.05～Ф0.8mm；
步骤二、对金属丝进行预加热，加热温度为200℃～220℃，时间为2～2.5小时；
步骤三、金属丝表面涂油；
将金属丝置入油箱中，时间为10～15分钟，油介质为变压器油；
步骤四、金属丝整体风干，随后将风干后的金属丝安装至脉冲强闪光光源中，用于产生强脉冲闪光。
进一步地，步骤一中，抛光工具为1000目的砂纸。
进一步地，步骤四中，将金属丝由油箱取出后，置于风箱中进行风干，风速为0.5～2m/s，时间为30～50分钟。
进一步地，步骤一中，金属丝采用钨丝。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过对金属丝表面进行必要的工艺处理，延缓了金属丝放电通道中较早出现放电击穿，增加金属丝在电爆炸过程中的沉积能量，提高了电爆炸等离子体温度，进一步增强了强脉冲闪光光源的辐射强度，从而有利于光敏炸药的可靠和同步起爆。
2.本发明方法可以有效提高金属丝上的沉积能量，避免出现过早的沿面闪络，获得更高的强脉冲闪光强度，有利于大面积光敏炸药的可靠和同步起爆。
3.本发明采用金属丝表面抛光和预加热措施，去除了金属丝表面的氧化层和吸附气体杂质，有助于金属丝表面与油介质的良好吸附。
4.本发明在金属丝表面吸附油介质，提高了金属丝在电爆炸过程中的沿面绝缘强度，提高了金属丝在电爆炸过程中的能量沉积大小，进一步地，提高了金属丝在电爆炸过程中的光辐射强度，可提高35％以上。
5.本发明采用对金属丝进行整体风干，有助于油介质在金属丝表面均匀覆盖，并提高金属丝电爆炸的辐射均匀性。
附图说明
图1为本发明提高强脉冲闪光光源中金属丝光辐射强度的方法流程图；
图2为现有脉冲强闪光光源的结构示意图；
图3为本发明方法中脉冲强闪光光源脉冲放电电流波形示意图；
图4为本发明方法中裸金属丝和表面涂油处理后金属丝电爆炸的强脉冲闪光脉冲波形示意图。
附图标记：1-高压脉冲电容器，2-同轴气体火花开关，3-高压直流充电电源，4-快前沿脉冲触发器，5-高压同轴电缆，6-金属丝阵列。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种基于金属丝电爆炸的强脉冲闪光光源辐射光增强方法，该方法共分为金属丝表面预处理、金属丝表面涂油和金属丝整体风干三个步骤。本发明采用对金属丝表面涂油的技术措施，延缓了金属丝电爆炸放电通道中较早出现过压击穿，使得金属丝在电爆炸过程中沉积了更多能量，提高了放电通道的等离子体温度，进一步地提高了金属丝在电爆炸过程中的光辐射强度，使强脉冲闪光光源的紫外可见光辐射强度提高35％以上，也有助于提高金属丝电爆炸轴向光辐射均有性，实现光敏炸药的大面积均匀起爆，对强脉冲X射线热-力学效应研究具有重要意义。本发明所提供的强脉冲闪光光源辐射光增强方法在光化学反应研究和强光压制武器研究等方向同样具有重要应用前景。
如图1所示，本发明提供了一种提高强脉冲闪光光源中金属丝光辐射强度的方法，该方法共包含金属丝表面预处理、金属丝预加热、金属丝表面涂油和金属丝整体风干四个步骤，具体过程如下：
步骤一、金属丝表面预处理；
金属丝长度为5～200cm，直径为Ф0.05～Ф0.8mm。对金属丝表面进行抛光处理，抛光处理后，金属丝表面粗糙度为1.6～0.8，抛光工具为1000目的砂纸。
步骤二、对金属丝进行预加热，加热温度为200～220℃，时间为2～2.5小时；
步骤三、金属丝表面涂油；将金属丝置入油箱中，时间为10～15分钟，油介质为变压器油；
步骤四、金属丝整体风干；金属丝由油箱取出后，置于风箱中进行风干，风速为0.5～2m/s，时间为30～50分钟。
在金属丝电爆炸过程中，当金属丝由于阻性加热而逐渐发生固-液-气相变时，金属丝上加载的脉冲电压也逐步提高。金属丝表面涂油处理后，其外围的绝缘层介质可以防止金属丝表面出现过早的沿面闪络击穿，同时也延缓了金属丝的电爆炸过程，从而使得金属丝可以沉积更多的电能量，进一步地提高了金属丝汽化后电爆炸等离子体的温度。根据经典物理学原理，当等离子体温度提高时，将可获得更高的强脉冲闪光辐射强度。
图2为现有脉冲强闪光光源结构示意图，强脉冲闪光光源包括高压脉冲电容器1、同轴气体火花开关2、高压直流充电电源3、快前沿脉冲触发器4、高压同轴电缆5和金属丝阵列6，高压脉冲电容器1和同轴气体火花开关2通过高压脉冲电容器1上的固定接口相连接，高压直流充电电源3与同轴气体火花开关2的充电接口相连接，快前沿脉冲触发器4与同轴气体火花开关2的触发接口相连接，高压同轴电缆5与同轴气体火花开关2的放电端接口相连接，金属丝阵列6与高压同轴电缆5的末端相连接。强脉冲闪光光源的储能为10.8～200kJ，放电总功率为100～1200GW。
在脉冲强闪光光源中，脉冲同轴线的阻抗为22欧姆，电气长度为100ns，单台高压脉冲电容器的电容值为6μF，共2台，同轴气体火花开关2的充气介质为氮气，工作气压为0.1MPa。当高压直流充电电源3的输出电压为30kV时，利用快前沿脉冲触发器4使得同轴气体火花开关2导通，进一步地在放电回路中将产生80kA的脉冲大电流，该电流脉冲的波形如图3所示。
脉冲大电流作用到金属丝上，金属丝采用钨丝，直径为0.2mm，长度40mm，图4为当金属丝分别为裸丝和表面涂油处理金属丝电爆炸的强脉冲闪光光脉冲波形图。通过图4可以看出，通过对金属丝表面进行涂油处理，可以使强脉冲闪光光源的紫外可见光辐射强度提高35％。

Claims (4)

1.一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对金属丝表面预处理；
对金属丝表面进行抛光处理，抛光处理后，金属丝表面粗糙度为1.6～0.8，其中，金属丝长度为5～200cm，直径为Ф0.05～Ф0.8mm；
步骤二、对金属丝进行预加热，加热温度为200℃～220℃，时间为2～2.5小时；
步骤三、金属丝表面涂油；
将金属丝置入油箱中，时间为10～15分钟，油介质为变压器油；
步骤四、金属丝整体风干，随后将风干后的金属丝安装至脉冲强闪光光源中，用于产生强脉冲闪光。
2.根据权利要求1所述的提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法，其特征在于：步骤一中，抛光工具为1000目的砂纸。
3.根据权利要求1或2所述的提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法，其特征在于：步骤四中，将金属丝由油箱取出后，置于风箱中进行风干，风速为0.5～2m/s，时间为30～50分钟。
4.根据权利要求3所述的提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法，其特征在于：步骤一中，金属丝采用钨丝。
CN202111326605.6A 2021-11-10 2021-11-10 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法 Active CN114102270B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111326605.6A CN114102270B (zh) 2021-11-10 2021-11-10 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111326605.6A CN114102270B (zh) 2021-11-10 2021-11-10 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114102270A CN114102270A (zh) 2022-03-01
CN114102270B true CN114102270B (zh) 2022-09-23

Family

ID=80378073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111326605.6A Active CN114102270B (zh) 2021-11-10 2021-11-10 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114102270B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070789A (en) * 1990-06-27 1991-12-10 Cxa Ltd./Cxa Ltee Electric exploding bridge wire initiators
CN107528195A (zh) * 2017-09-27 2017-12-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 飞秒激光驱动金属丝的THz辐射产生装置
CN108180003A (zh) * 2018-01-12 2018-06-19 西安交通大学 金属丝电爆炸驱动含能混合物产生水中冲击波的方法
CN109327953A (zh) * 2018-11-16 2019-02-12 西北核技术研究所 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源
CN110933830A (zh) * 2019-12-06 2020-03-27 西安交通大学 一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6783531B2 (ja) * 2016-03-10 2020-11-11 浜松ホトニクス株式会社 フラッシュ光源装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070789A (en) * 1990-06-27 1991-12-10 Cxa Ltd./Cxa Ltee Electric exploding bridge wire initiators
CN107528195A (zh) * 2017-09-27 2017-12-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 飞秒激光驱动金属丝的THz辐射产生装置
CN108180003A (zh) * 2018-01-12 2018-06-19 西安交通大学 金属丝电爆炸驱动含能混合物产生水中冲击波的方法
CN109327953A (zh) * 2018-11-16 2019-02-12 西北核技术研究所 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源
CN110933830A (zh) * 2019-12-06 2020-03-27 西安交通大学 一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
空气中不同金属丝电爆炸的光辐射特性;韩若愚等;《高电压技术》;20170930;第43卷(第09期);3085-3082 *
金属丝电爆炸现象研究综述;张永民等;《高电压技术 》;20190831;第45卷(第8期);2268-2280 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114102270A (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2138637C1 (ru) Устройство и способ для взрывания с помощью плазмы
Mendel Jr et al. Carbon plasma gun
Taylor Formation of plasma around wire fragments created by electrically exploded copper wire
US3864640A (en) Concentration and guidance of intense relativistic electron beams
JPS62502733A (ja) パルス電気エネルギ−放電による物質の断片化方法及び装置
CN101845616B (zh) 导体电爆炸等离子体基低能金属离子注入装置
CN105704903A (zh) 一种基于磁场作用的真空等离子体生成的放电电极结构
CN114102270B (zh) 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法
CN106704133A (zh) 一种采用储气电极的无触发式微真空弧推进器
CN102379163B (zh) 用于产生成束的等离子体束的方法和射束发生器
Yukimura et al. Pulsed metal ion source by triggerless shunting arc discharge
Zhou et al. Effect of medium on deposited energy in microsecond electrical explosion of wires
CN109327953B (zh) 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源
CN108955430B (zh) 高压放电等离子点火器具的安全电雷管
Rousskikh et al. Electric explosion of fine tungsten wires in vacuum
Shi et al. Effect of high-voltage electrode geometry on energy deposition into exploding wire in vacuum
Emelyanov et al. Pattern formation in electrical exploding of thin metal films
RU2548021C2 (ru) Взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии
RU2486281C1 (ru) Способ поверхностной модификации конструкционных материалов и изделий
Russkikh et al. Effect of the high-voltage electrode polarity and wire preheating on the energy characteristics of electric explosion of fine tungsten wires in vacuum
US20020005136A1 (en) Electrothermal ignition device and method for producing the device
CN205828047U (zh) 高温等离子气体超导电磁线圈及微波脉冲发生装置
Cao et al. Ignition Stability of Electrothermal Pulsed Plasma Thruster
Bhat et al. Explosion of bare and insulated copper wires
RU2716179C1 (ru) Способ многоочагового электровзрывного инициирования детонации в бризантном взрывчатом веществе

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant