RU2265908C1 - Взрывомагнитный формирователь импульса тока - Google Patents
Взрывомагнитный формирователь импульса тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265908C1 RU2265908C1 RU2004109866/09A RU2004109866A RU2265908C1 RU 2265908 C1 RU2265908 C1 RU 2265908C1 RU 2004109866/09 A RU2004109866/09 A RU 2004109866/09A RU 2004109866 A RU2004109866 A RU 2004109866A RU 2265908 C1 RU2265908 C1 RU 2265908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- explosive
- current
- destructible conductor
- ohm
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области экспериментальной физики, в частности к взрывным импульсным источникам энергии с формированием импульса тока мегаамперного уровня, и может быть использовано, например, для исследования свойств высокотемпературной плазмы. При создании изобретения решалась задача предварительной завитки нагрузки в виде газоразрядной камеры с соплом Лаваля. Техническим результатом при решении данной задачи является увеличение длительности формируемого импульса тока в нагрузке. Указанный технический результат достигается тем, что в известном взрывомагнитном формирователе импульса тока (ВМФИТ), содержащем разрушаемый проводник, установленный между диэлектрическими струегасителем и струеформирователем с кумулятивными выемками на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику, заряд взрывчатого вещества с системой инициирования и токопроводы для подключения источника питания и нагрузки, дополнительно содержится формирующий элемент, электрически соединенный последовательно с разрушаемым проводником и расположенный в струегасителе. Формирующий элемент может быть выполнен цилиндрическим из материала с удельным сопротивлением, выбранным из соотношения: 20·10-6 Ом·см ≤ρ≤200·10-6 Ом·см. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области экспериментальной физики, в частности к взрывным импульсным источникам энергии с формированием импульса тока мегаамперного уровня, и может быть использовано, например, для исследования свойств высокотемпературной плазмы.
Известен взрывомагнитный формирователь импульса тока (ВМФИТ) - V.K.Chernyshev et al. «Helical EMG Module with Explosive Current Opening Switches». In: Megagauss Fields and Pulsed Power Systems. N.Y., Nova Science Publishers, 1990, p.433-436, где описан ВМФИТ, содержащий спиральный взрывомагнитный генератор (СВМГ) и взрывной обостритель тока (ВОТ). Недостатками этого ВМФИТ являются недостаточно высокий коэффициент усиления тока СВМГ и отсутствие возможности использования этого ВМФИТ в устройствах с предварительным замагничиванием плазмы, например в газоразрядных камерах с магнитогазодинамическим соплом (МГД-соплом) (В.К.Чернышев и др. Газовая камера с МГД-соплом со сжимаемым отсеком ускорения. В книге: Мегагаусская и мегаамперная технология и применения. Саров, ВНИИЭФ, 1997, с.727-729).
Эти недостатки частично были устранены в другой конструкции, описанной в а.с. №1616386 авторов В.Н.Веселова и др. «Устройство для получения высокотемпературной плазмы» с приоритетом от 14.03.88 г., кл. МПК G 21 В 1/00, опубл. БИ №22, 1995 г.
В этом устройстве ВМФИТ включает в себя спиральный ВМГ, взрывной обостритель тока (ВОТ) и замыкающий ключ. Замыкающий ключ срабатывает на первой стадии работы СВМГ, он отсекает ток в плазменной камере, и затем ток остается примерно постоянным. Тем временем спиральный ВМГ продолжает функционировать, и текущий через него ток увеличивается в несколько раз. В заданное время срабатывает ВОТ, и высокое напряжение появляется на камере. В этом же а.с. обостритель тока предлагается использовать последовательно соединенным с резистором, причем резистор устанавливается на радиусе расположения разрываемой фольги обострителя тока.
В а.с. №2175819 "Устройство для генерации нейтронного и рентгеновского излучений" авторов Чернышева В.К. и др., кл. МПК Н 05 Н 1/02, опубл. БИ №29, 2000 г. предлагается замагничивание плазмы осуществлять с помощью индуктивного элемента, включенного последовательно с разрываемой фольгой и установленного на радиусе расположения фольги.
Расположение резистивного или индуктивного элементов (шунтов) последовательно с разрываемой фольгой вдоль оси обострителя увеличивает индуктивность обострителя пропорционально увеличению его длины, что уменьшает коэффициент усиления тока СВМГ.
Наиболее близким к заявляемому является ВМФИТ по а.с. №1519446 авторов В.К.Чернышева и др. кл. МПК Н 01 Н 39/00, опубл. в БИ №26, 95 г.
ВМФИТ по прототипу содержит разрушаемый проводник, установленный между диэлектрическими струегасителем и струеформирователем с кумулятивными выемками на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику, заряд взрывчатого вещества с системой инициирования и токопроводы для подключения источника питания и нагрузки.
Недостатками прототипа являются ограничения по амплитуде протекающего тока и длительности импульса тока в нагрузке. Ограничение по амплитуде тока связано с токовым нагревом разрушаемого проводника.
При создании данного изобретения решалась задача предварительной запитки нагрузки в виде газоразрядной камеры с соплом Лаваля.
Техническим результатом при решении данной задачи является увеличение длительности формируемого импульса в нагрузке.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным ВМФИТ, содержащим разрушаемый проводник, установленный между диэлектрическими струегасителем и струеформирователем с кумулятивными выемками на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику, заряд взрывчатого вещества с системой инициирования и токопроводы для подключения источника питания и нагрузки, ВМФИТ дополнительно содержит формирующий элемент, электрически соединенный последовательно с разрушаемым проводником и расположенный в струегасителе. Формирующий элемент может быть выполнен в виде спирали. Формирующий элемент может быть выполнен цилиндрическим из материала с удельным сопротивлением ρ, выбранным из соотношения:
20·10-6 Ом·см ≤ρ≤200·10-6 Ом·см.
Введение дополнительного формирующего элемента, последовательно соединенного с разрушаемым проводником, позволяет с самого начала работы ВМФИТ часть магнитного потока передавать в нагрузку еще до момента разрезания разрушаемого проводника кумулятивными струями. Это приводит к уменьшению тока, протекающего через разрушаемый проводник, что уменьшает токовый нагрев разрушаемого проводника. Это позволяет увеличить амплитуду тока предварительной запитки и тока в нагрузке.
Передавая в нагрузку часть магнитного потока, формирующий элемент создает в нагрузке ток предварительной запитки в двух вариантах:
- для формирующего элемента в виде спирали:
U(t) - напряжение на формирующем элементе;
I(t) - ток, протекающий во ВМФИТ;
LЭ - величина индуктивности формирующего элемента;
LH - величина индуктивности нагрузки;
IH предв. - ток предварительной запитки нагрузки;
Фпредв. - часть магнитного потока, переданная в нагрузку с помощью формирующего элемента;
- для формирующего цилиндрического резистивного элемента:
RЭ - величина сопротивления формирующего цилиндрического элемента.
Основной ток в нагрузке (ток быстрой запитки) формируется за счет разрыва контура, как в прототипе. С точки зрения достигаемого технического результата варианты исполнения формирующего элемента в виде индуктивного или резистивного сопротивления равноценны. Выбор варианта исполнения обусловлен особенностями запитки ВМФИТ. Резистивный формирующий элемент должен быть сопоставим с размерами разрушаемого проводника и выполнен из высокоомных материалов, таких как нихром, манганин, константан, графит и т.п. Если ρ≤20·10-6 Ом·см, то длина формирующего элемента будет нарушать заданные габариты. Если ρ≥200·10-6 Ом·см, то диффузия магнитного потока будет осуществляться быстро, и ток предварительной запитки будет больше требуемой величины. Формирующий резистивный или индуктивный элемент расположен внутри струегасителей над разрушаемым проводником из фольги.
При таком расположении появляется возможность увеличения эффективности разрыва контура: диэлектрическая кумулятивная струя внедряется в струегаситель со скоростью 2 км/с, и при расположении резистивного элемента (например, нихромовой фольги толщиной 1 мм) над разрушаемым проводником диэлектрическая струя сначала разрежет фольгу, а затем разрушит и резистивный элемент. Тем самым увеличивается длина разрываемого участка и возрастает эффективность разрыва контура.
На фиг.1 изображен заявляемый ВМФИТ, в котором дополнительный формирующий элемент выполнен в виде спирали.
На фиг.2 изображен заявляемый ВМФИТ, в котором дополнительный формирующий элемент выполнен цилиндрическим.
Заявляемый ВМФИТ содержит разрушаемый проводник 1, установленный между диэлектрическими струегасителем 2 и струеформирователем 3 с кумулятивными выемками 4 на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику 1, заряд 5 взрывчатого вещества с системой инициирования 6 и токопроводы 7 и 8 для подключения источника питания 9 и нагрузки 10. ВФИТ дополнительно содержит формирующий элемент 11, электрически соединенный последовательно с разрушаемым проводником и расположенный в струегасителе 2. Формирующий элемент 11 может быть выполнен в виде спирали. Формирующий элемент 11 может быть выполнен цилиндрическим из материала с удельным сопротивлением ρ, выбранным из соотношения:
20·10-6 Ом·см ≤ρ≤200·10-6 Ом·см.
Был изготовлен и испытан опытный образец заявляемого ВМФИТ, в котором разрушаемый проводник выполнен цилиндрическим из алюминиевой фольги толщиной ≈1 мм. Струеформирователь выполнен из полиэтилена толщиной 15 мм с кумулятивными выемками глубиной 10 мм. Струегаситель выполнен также из полиэтилена составным из двух цилиндрических деталей по 5 мм толщиной каждый. Между ними расположен дополнительный формирующий элемент в виде спирали из медной ленты толщиной 0,5 мм индуктивностью величиной ~10 нГн. В качестве источника импульса тока использовался спиральный взрывомагнитный генератор СВМГ диаметром 200 мм, который обеспечивал ток амплитудой до 14 МА. Длительность импульса в нагрузке в опыте получена ≈100 мкс с амплитудой ≈7 МА.
Работает заявляемый ВМФИТ следующим образом. Импульс тока от СВМГ 9 через токопроводы 7 и 8 приложен к разрушаемому проводнику 1 и дополнительному формирующему элементу 11. Ток протекает через нагрузку 10 вследствие диффузии части магнитного потока через формирующий элемент 11. Формирование импульса в нагрузке 10 начинается с момента запитки ВМФИТ. В конце работы СВМГ производится задействование системы инициирования 6, и с помощью заряда ВВ 5 формируются кумулятивные струи, которые разрезают проводник 1. Далее идет разрушение струегасителя 2 и дополнительного формирующего элемента 11, и в нагрузку за 2,5 мкс перебрасывается основная часть магнитного потока. Формируется импульс тока быстрой запитки, а в нагрузке происходит сложение токов предварительной и быстрой запитки, в результате чего достигается максимум амплитуды тока.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый ВМФИТ позволяет запитывать нагрузки в виде плазменных газоразрядных камер, требующих предварительной запитки с длительностью импульса 100 мкс, что в 40 раз по длительности больше, чем в устройстве-прототипе, где длительность импульса 2,5 мкс. Амплитуда тока увеличена с 5 МА до 7 МА по сравнению с прототипом.
Claims (3)
1. Взрывомагнитный формирователь импульса тока, содержащий разрушаемый проводник, установленный между диэлектрическими струегасителем и струеформирователем с кумулятивными выемками на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику, заряд взрывчатого вещества с системой инициирования и токопроводы для подключения источника питания и нагрузки, отличающийся тем, что он содержит дополнительный формирующий элемент, электрически соединенный с разрушаемым проводником и расположенный в струегасителе.
2. Взрывомагнитный формирователь импульса тока по п.1, отличающийся тем, что формирующий элемент выполнен в виде спирали.
3. Взрывомагнитный формирователь импульса тока по п.1, отличающийся тем, что формирующий элемент выполнен цилиндрическим из материала с удельным сопротивлением ρ, выбранным из соотношения
20·10-6 Ом·см ≤ρ≤200·10-6 Ом·см.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004109866/09A RU2265908C1 (ru) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Взрывомагнитный формирователь импульса тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004109866/09A RU2265908C1 (ru) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Взрывомагнитный формирователь импульса тока |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004109866A RU2004109866A (ru) | 2005-10-10 |
RU2265908C1 true RU2265908C1 (ru) | 2005-12-10 |
Family
ID=35850767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004109866/09A RU2265908C1 (ru) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Взрывомагнитный формирователь импульса тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265908C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467426C1 (ru) * | 2011-04-26 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ и устройство для формирования импульса тока в нагрузке |
RU2722221C1 (ru) * | 2019-07-01 | 2020-05-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Взрывной формирователь импульса тока (варианты) |
-
2004
- 2004-03-31 RU RU2004109866/09A patent/RU2265908C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467426C1 (ru) * | 2011-04-26 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ и устройство для формирования импульса тока в нагрузке |
RU2722221C1 (ru) * | 2019-07-01 | 2020-05-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Взрывной формирователь импульса тока (варианты) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004109866A (ru) | 2005-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4275317A (en) | Pulse switching for high energy lasers | |
US6373023B1 (en) | ARC discharge initiation for a pulsed plasma thruster | |
US6818853B1 (en) | Vacuum arc plasma thrusters with inductive energy storage driver | |
US20070045248A1 (en) | Vacuum arc plasma thrusters with inductive energy storage driver | |
US20090134129A1 (en) | Ablative plasma gun apparatus and system | |
US7518085B1 (en) | Vacuum arc plasma thrusters with inductive energy storage driver | |
US6769241B2 (en) | Description of methods to increase propellant throughput in a micro pulsed plasma thruster | |
Conti et al. | MA-class linear transformer driver for Z-pinch research | |
US8274776B2 (en) | Disabling a target using electrical energy | |
RU2265908C1 (ru) | Взрывомагнитный формирователь импульса тока | |
Bealing et al. | Exploding foil devices for shaping meg-amp current pulses | |
Shahriari et al. | Impact-Ionization Switching of High-Voltage Thyristors Connected in Parallel | |
RU2746052C1 (ru) | Способ формирования импульса тока в нагрузке индуктивного накопителя электромагнитной энергии | |
Shkuratov et al. | High-current and high-voltage pulsed testing of resistors | |
Demidov | Explosive current opening switches | |
US3249800A (en) | Fast acting switch utilizing a vaporizable wire | |
Gu et al. | Pulsed operation of spherical inertial-electrostatic confinement device | |
Zirnheld et al. | Electric explosion of aluminum metallized film | |
US20190078559A1 (en) | Igniter system for use with electric propulsion systems | |
Eskridge et al. | Design and Construction of the PT‐1 Prototype Plasmoid Thruster | |
Demidov et al. | Explosive pulsed power for controlled fusion | |
Su et al. | Experiment and applications of SOS-based pulsed power. | |
Zhang et al. | A three-electrode gas switch triggered by microhollow cathode discharge with low trigger voltage | |
RU2430444C1 (ru) | Способ регулирования параметров выходного напряжения взрывомагнитного формирователя импульса тока и устройство для его осуществления (варианты) | |
Kumar et al. | Energy efficiency analysis of the discharge circuit of caltech spheromak experiment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110401 |