RU2119235C1

RU2119235C1 - Magnetocumulative method for shaping electromagnetic pulse

Info

Publication number: RU2119235C1
Application number: RU97101610A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Дубинов; К.Е. Михеев; В.Д. Селемир
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: electrical and pulse engineering; shaping electromagnetic pulses around cumulative magnetic energy produced due to effect of explosive-material charge. SUBSTANCE: method involves production of initial magnetic flux, its trapping by conducting enclosure, and clipping by explosive- material main-charge energy. Initial magnetic flux is built up by exposing magnetostrictive material to energy of explosive-material additional charge. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, импульсной технике, к формированию электромагнитного импульса под действием сжатия магнитного потока энергией взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано для генерации магнитных полей мегагауссного диапазона и мощных импульсных токов. The invention relates to electrical engineering, pulse technology, to the formation of an electromagnetic pulse under the action of magnetic flux compression by explosive energy (BB) and can be used to generate magnetic fields of the mega-Gaussian range and powerful pulsed currents.

Известен магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса: А. И. Павловский и др. "Исследования динамики схлопывания оболочки магнитокумулятивного генератора сверхсильных магнитных полей". Труды III Международной конференции по генерации мегагауссных полей и родственным экспериментам. - М.: Наука, 1984. Способ заключается в том, что создают начальный магнитный поток путем запитки от конденсаторной установки соленоида, под действием ударной волны проволочки соленоида свариваются и образуют хорошо проводящую оболочку, которая захватывает начальное магнитное поле, а затем она обжимается энергией заряда ВВ. При сохранении постоянным начального магнитного потока резкое уменьшение площади охватываемой проводящей оболочкой приводит к резкому возрастанию напряженности магнитного поля. Known magnetocumulative method of forming an electromagnetic pulse: A. I. Pavlovsky and others. "Studies of the dynamics of collapse of the shell of a magnetocumulative generator of superstrong magnetic fields." Proceedings of the III International Conference on the Generation of Mega-Gaussian Fields and Related Experiments. - M .: Nauka, 1984. The method consists in creating an initial magnetic flux by feeding from a condenser installation of a solenoid, under the action of a shock wave, the solenoid wires are welded and form a well-conducting shell that captures the initial magnetic field, and then it is crimped by the charge energy BB If the initial magnetic flux is kept constant, a sharp decrease in the area covered by the conductive shell leads to a sharp increase in the magnetic field strength.

Недостатком известного магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса является то, что операция создания достаточно сильного начального магнитного потока осуществляется путем запитки соленоида энергией от конденсаторной установки, что не всегда удобно для использования. A disadvantage of the known magnetocumulative method of generating an electromagnetic pulse is that the operation of creating a sufficiently strong initial magnetic flux is carried out by energizing the solenoid with energy from a capacitor unit, which is not always convenient for use.

Наиболее близким к заявляемому способу является магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса: А.И. Павловский, Р.З. Людаев "Магнитная кумуляция" статья в сборнике "Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики." - Л.: Наука, 1984, с. 240-241, рис. 17е. Способ состоит в том, что создают начальный магнитный поток, осуществляют его захват проводящей оболочкой и обжатие энергией заряда ВВ. Начальный магнитный поток в этом способе создают системой постоянных магнитов, что позволяет использовать способ формирования электромагнитного импульса в автономном режиме. Closest to the claimed method is the magnetocumulative method of forming an electromagnetic pulse: A.I. Pavlovsky, R.Z. Ludaev "Magnetic cumulation" article in the collection "Questions of modern experimental and theoretical physics." - L .: Nauka, 1984, p. 240-241, Fig. 17th The method consists in creating an initial magnetic flux, capturing it with a conductive shell, and compressing the explosive charge with energy. The initial magnetic flux in this method is created by a system of permanent magnets, which makes it possible to use the method of generating an electromagnetic pulse in an autonomous mode.

Недостатком такого способа является ограничение области использования, связанное с тем, что при его реализации возникают сложности с получением требуемого начального магнитного потока в условиях, накладывающих ограничения либо на доступ к месту осуществления магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса, либо на условия осуществления этого способа, что делает практически невозможным использования этого способа для решения задач в различных труднодоступных местах (в верхних слоях атмосферы, в космическом пространстве, при проведении подземных и подводных работ и т. д. ), так как в настоящее время не существует хорошо транспортабельных систем, выполненных на основе постоянных магнитов, способных создавать достаточно сильное магнитное поле. The disadvantage of this method is the limitation of the area of use, due to the fact that when it is implemented, it is difficult to obtain the required initial magnetic flux under conditions that impose restrictions either on access to the place of implementation of the magnetocumulative method of generating an electromagnetic pulse, or on the conditions for implementing this method, which makes it is almost impossible to use this method to solve problems in various inaccessible places (in the upper atmosphere, in space space, during underground and underwater operations, etc.), since currently there are no well-transportable systems based on permanent magnets capable of creating a sufficiently strong magnetic field.

Поэтому при создании данного изобретения решалась задача создания автономного магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса, допускающего его использование в различных труднодоступных местах, накладывающих соответствующие ограничения на условия его осуществления, что позволило бы существенно улучшить его эксплуатационные возможности. Therefore, when creating this invention, the problem was solved of creating an autonomous magnetocumulative method of forming an electromagnetic pulse, allowing its use in various hard-to-reach places, imposing corresponding restrictions on the conditions for its implementation, which would significantly improve its operational capabilities.

Техническим результатам осуществления заявляемого способа является существенное расширение области его использования за счет изменения операции по созданию начального магнитного потока. The technical results of the implementation of the proposed method is a significant expansion of its scope by changing the operation to create an initial magnetic flux.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным магнитокумулятивным способом формирования электромагнитного импульса, включающим создание начального магнитного потока, захват его проводящей оболочкой и обжатием энергией основного заряда взрывчатого вещества, новым является то, что начальный магнитный поток создают путем воздействия энергией дополнительного заряда взрывчатого вещества на элемент из магнитострикционного материала. The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known magnetocumulative method of generating an electromagnetic pulse, including creating an initial magnetic flux, trapping it with a conductive shell and compressing the main explosive charge with energy, it is new that the initial magnetic flux is created by exposing the energy to an additional explosive charge substances on an element of magnetostrictive material.

Преимущество данного способа перед прототипом заключается в том, что данный способ не требует применения системы постоянных магнитов для создания достаточно сильного начального магнитного поля, что является наиболее ограничивающей частью вышеуказанного магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса в местах, накладывающих ограничения на доступ к месту осуществления данного способа и к условиям его осуществления из-за сложности получения транспортабельных систем постоянных магнитов, способных обеспечить необходимую величину начального магнитного потока для осуществления магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса. The advantage of this method over the prototype is that this method does not require the use of a permanent magnet system to create a sufficiently strong initial magnetic field, which is the most limiting part of the above magnetocumulative method of generating an electromagnetic pulse in places that impose restrictions on access to the place of implementation of this method and to the conditions for its implementation due to the difficulty of obtaining transportable permanent magnet systems capable of providing bhodimuyu initial value for magnetic flux magnetocumulative electromagnetic pulse forming method.

В настоящем способе для создания начального магнитного потока предлагается использовать эффект обратной магнитострикции, который заключается в следующем. Элемент из магнитострикционного материала при обжатии становится источником магнитного поля. Причем некоторые магнитострикционные элементы, например терфенол TbFe₂ (также возможно применение соединений ряда TbFe₂, DyFe₂, HoFe₂, ErFe₂, TmFe₂ и ряда YCo₅, CeCo₅, PrCo₅ NdCo₅, SmCo₅), обладают величиной магнитострикции > 0,001 и достаточно большой величиной магнитного поля насыщения > 100 кГс [3] (Белов К.П. Редкоземельные магнитики и их применение. - М.: Наука, 1980), что позволяет использовать их в качестве источника начального магнитного потока для магнитокумулятивного формирования электромагнитного импульса. Очевидно, что объем и масса системы для создания достаточного начального магнитного потока, выполненной на основе постоянных магнитов, даже обладающих рекордными значениями магнитного поля типа Nd-Fe-B и аналогичных, обладающих остаточной индукцией порядка 10 - 12 кГс, будут несравнимо выше, чем объем и масса элемента, выполненного из магнитострикционного материала, и дополнительного заряда ВВ, создающих такой же магнитный поток в том же объеме, что существенно уменьшит возможность реализации этого способа в различных труднодоступных местах, а также в условиях, накладывающих ограничения, связанные с массой и объемом систем для реализации данного способа, на возможность реализации магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса. Этим достигается решение поставленной задачи.In the present method, to create an initial magnetic flux, it is proposed to use the effect of reverse magnetostriction, which consists in the following. An element of magnetostrictive material during compression becomes a source of magnetic field. Moreover, some magnetostrictive elements, for example, TbFe ₂ terphenol (it is also possible to use compounds of the TbFe ₂ , DyFe ₂ , HoFe ₂ , ErFe ₂ , TmFe ₂ series and the YCo ₅ , CeCo ₅ , PrCo ₅ NdCo ₅ , SmCo ₅ series) 0.001 and a sufficiently large value of the saturation magnetic field> 100 kG [3] (Belov KP Rare-earth magnets and their application. - M .: Nauka, 1980), which allows them to be used as a source of the initial magnetic flux for magnetocumulative formation of an electromagnetic pulse . Obviously, the volume and mass of the system to create a sufficient initial magnetic flux made on the basis of permanent magnets, even with record Nd-Fe-B magnetic fields and similar ones with residual induction of the order of 10 - 12 kG, will be incomparably higher than the volume and the mass of an element made of magnetostrictive material, and an additional explosive charge creating the same magnetic flux in the same volume, which will significantly reduce the possibility of implementing this method in various hard-to-reach places , as well as in conditions imposing restrictions associated with the mass and volume of systems for implementing this method, on the possibility of implementing the magnetocumulative method of generating an electromagnetic pulse. This achieves the solution of the problem.

На фиг. 1 изображена одна из возможных схем для реализации магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса. In FIG. 1 shows one of the possible schemes for implementing the magnetocumulative method of generating an electromagnetic pulse.

На схеме представлено: объем сжатия магнитного поля 1, ограниченный проводящей оболочкой 2 для захвата магнитного потока, вокруг которой расположен основной заряд ВВ 3 для сжатия оболочки. Внутри объема 1 располагается по меньшей мере один элемент из магнитострикционного материала 4 с дополнительным зарядом ВВ 5 для создания начального магнитного потока. The diagram shows: the compression volume of the magnetic field 1, limited by the conductive shell 2 to capture the magnetic flux, around which the main explosive charge 3 is located to compress the shell. At least one element of magnetostrictive material 4 is located inside the volume 1 with an additional charge of explosive 5 to create the initial magnetic flux.

Магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса реализуется следующим образом. С помощью системы инициирования детонируют дополнительные заряды ВВ 5, образовавшаяся в результате ударная волна воздействует на элемент из магнитострикционного материала 4, который в результате обратного магнитострикционного эффекта становится источником магнитного потока в объеме сжатия магнитного потока 1. В основном заряде ВВ с помощью системы инициирования возбуждают сходящуюся цилиндрическую волну детонации так, чтобы она вышла на поверхность проводящей оболочки 2 к моменту максимума начального магнитного поля. Под давлением продуктов детонации ВВ 3 проводящая оболочка 2, схлопываясь к центру, усиливает начальное магнитное поле. Magnetocumulative method of forming an electromagnetic pulse is implemented as follows. Using the initiation system, additional explosive charges 5 are detonated, the resulting shock wave acts on an element made of magnetostrictive material 4, which, as a result of the inverse magnetostrictive effect, becomes a source of magnetic flux in the compression volume of magnetic flux 1. In the main explosive charge, a convergent a cylindrical detonation wave so that it emerges on the surface of the conducting shell 2 at the time of the maximum of the initial magnetic field. Under the pressure of the detonation products of explosives 3, the conductive shell 2, collapsing toward the center, enhances the initial magnetic field.

Данный способ может быть реализован следующим образом. В качестве средства создания начального магнитного поля используется дискообразный элемент из магнитострикционного материала, обладающий достаточным коэффициентом магнитострикции и полем насыщения. В частности, для возможности генерации полей мегагауссного диапазона можно использовать элемент, выполненный из материала типа терфенола TbFe₂ или аналогичного из ряда TbFe₂, DyFe₂, HoFe₂, ErFe₂, TmFe₂, YCo₅, CeCo₅, PrCo₅, NdCo₅, SmCo₅, обладающих полем насыщения более 100 кГс. Данный элемент имеет форму диска диаметром от 5 до 10 см и располагается у одного из торцов проводящей оболочки для захвата начального магнитного поля, имеющей форму полого цилиндра длиной 30 - 50 см и диаметром 5 - 15 см, выполненной из хорошо проводящего материала типа меди или сплава, обладающего необходимыми свойствами. Дополнительный заряд ВВ типа ТЭН массой от 100 до 300 г, используемый для ударного обжатия элемента и магнитострикционного материала, располагается в непосредственной близости за магнитострикционным элементом. В качестве основного заряда ВВ, для обжатия начального магнитного потока используется 5 - 10 кг цилиндрический заряд ТЭНа или аналогичного взрывчатого вещества, расположенный вокруг проводящей оболочки для захвата начального магнитного потока.This method can be implemented as follows. As a means of creating an initial magnetic field, a disk-shaped element of magnetostrictive material is used, which has a sufficient magnetostriction coefficient and a saturation field. In particular, for the possibility of generating fields of the mega-Gaussian range, one can use an element made of a material such as TbFe ₂ terfenol or similar from the series TbFe ₂ , DyFe ₂ , HoFe ₂ , ErFe ₂ , TmFe ₂ , YCo ₅ , CeCo ₅ , PrCo ₅ , NdCo ₅ , SmCo ₅ having a saturation field of more than 100 kG. This element has a disk shape with a diameter of 5 to 10 cm and is located at one of the ends of the conductive shell to capture the initial magnetic field, which has the shape of a hollow cylinder with a length of 30-50 cm and a diameter of 5-15 cm, made of a well-conducting material such as copper or alloy possessing the necessary properties. An additional explosive charge of the type TEN with a mass of 100 to 300 g, used for shock compression of the element and magnetostrictive material, is located in the immediate vicinity of the magnetostrictive element. As the main explosive charge, to compress the initial magnetic flux, use 5-10 kg of a cylindrical charge of a heating element or similar explosive located around the conductive shell to capture the initial magnetic flux.

Таким образом, данный пример демонтирует возможность реализации заявляемого магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса в автономном режиме и его преимущества перед существовавшими ранее способами, для осуществления его в труднодоступных местах. Thus, this example disassembles the possibility of implementing the inventive magnetocumulative method of forming an electromagnetic pulse in an autonomous mode and its advantages over previously existing methods for implementing it in hard-to-reach places.

Claims

A magnetocumulative method for generating an electromagnetic pulse, including creating an initial magnetic flux, trapping it with a conductive shell and compressing the main explosive charge with energy, characterized in that the initial magnetic flux is created by exposing the additional explosive charge energy to an element made of magnetostrictive material.