RU2793615C1 - Method for determining the magnetic field distribution - Google Patents
Method for determining the magnetic field distribution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793615C1 RU2793615C1 RU2022106727A RU2022106727A RU2793615C1 RU 2793615 C1 RU2793615 C1 RU 2793615C1 RU 2022106727 A RU2022106727 A RU 2022106727A RU 2022106727 A RU2022106727 A RU 2022106727A RU 2793615 C1 RU2793615 C1 RU 2793615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- particles
- magnetic field
- heating
- distribution
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Заявленное изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения распределения магнитного поля в заданной области пространства (в частности, рабочих камерах высокоэнергетических установок).The claimed invention relates to the field of measuring technology and can be used to determine the distribution of the magnetic field in a given area of space (in particular, the working chambers of high-energy installations).
Известен способ определения распределения магнитного поля в области рабочего пространства планарного магнетрона (см. «Анализ магнитной системы планарного магнетронного источника с помощью магнитного сканера», Сборник трудов XXVIII Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике», «Наноинженерия», 2016, стр. 163-166 [1]). В известном способе используют датчик Холла, который перемещают вдоль поверхности магнетрона на определенном расстоянии от нее. Сначала датчик фиксирует составляющую индукции магнитного поля, перпендикулярную плоскости магнетрона. Затем датчик поворачивают в два других положения для фиксирования планарных составляющих индукции магнитного поля.There is a known method for determining the distribution of the magnetic field in the working space of a planar magnetron (see "Analysis of the magnetic system of a planar magnetron source using a magnetic scanner", Proceedings of the XXVIII International Symposium "Thin Films in Electronics", "Nanoengineering", 2016, pp. 163- 166 [1]). In the known method, a Hall sensor is used, which is moved along the surface of the magnetron at a certain distance from it. First, the sensor captures the component of the magnetic field induction, perpendicular to the plane of the magnetron. Then the sensor is rotated to two other positions to fix the planar components of the magnetic field induction.
Основной недостаток известного способа заключается в том, что датчик Холла проявляет низкую надежность в экстремальных условиях (высокая температура, большая плотность энергии). Так, например, воздействие на такой датчик высокотемпературной плазмы может привести к его выходу из строя, как вследствие физического разрушения, так и в результате изменения характеристик (см. статью Глазырина И.В. и др. «Измерение магнитных полей в плазме сжимающихся лайнеров при потоках мощности ~1 ТВт/см2», ВАНТ, сер. «Термоядерный синтез», 2009, вып.2, стр. 70 [2]).The main disadvantage of the known method is that the Hall sensor exhibits low reliability under extreme conditions (high temperature, high energy density). So, for example, exposure to such a sensor of high-temperature plasma can lead to its failure, both due to physical destruction, and as a result of changes in characteristics (see the article by Glazyrin I.V. et al. power fluxes ~1 TW/cm 2 ”, VANT, series “Thermonuclear synthesis”, 2009,
Кроме этого, с помощью одного перемещаемого датчика можно исследовать только неизменные во времени магнитные поля. Быстроизменяющиеся магнитные поля (за время от наносекунд до микросекунд) исследовать одним перемещаемым датчиком не представляется возможным.In addition, with a single movable sensor, only time-invariant magnetic fields can be investigated. Rapidly changing magnetic fields (from nanoseconds to microseconds) cannot be studied with a single movable sensor.
Известен способ определения распределения магнитного поля в вакуумной камере токамака КТМ, включающий фиксирование картины распределения магнитного поля (см. статью Скакова М.К. и др. «Экспериментальное определение магнитных полей в вакуумной камере токамака КТМ на основе матрицы датчиков Холла», ВАНТ, сер. «Термоядерный синтез», 2015, т.38, вып.4, стр. 41-50 [3]). В известном способе используют матрицу из 36 датчиков Холла.There is a known method for determining the distribution of the magnetic field in the vacuum chamber of the KTM tokamak, including fixing the pattern of the distribution of the magnetic field (see the article Skakov M.K. "Thermonuclear Fusion", 2015, v.38,
Недостатки известного способа заключаются в уже описанной выше низкой надежности датчиков Холла в экстремальных условиях, а также в достаточной сложности монтажа матрицы таких датчиков в рабочем пространстве экспериментальной установки (в частности, если эксперимент будет проходить внутри вакуумной камеры, для каждого датчика нужно будет делать вакуумный ввод для сигнальных проводов, что значительно осложнит эксперимент). Кроме этого, разрушение датчиков Холла в результате воздействия на них агрессивной среды, например, мощных плазменных потоков, приводящее к необходимости их демонтажа и замены, вызывает дополнительные сложности при использовании их в камерах с постоянным рабочим давлением, в частности, необходимость в создании специального шлюзового элемента (см. статью Митрофанова К.Н. и др. «Исследование особенностей тонкой структуры ТПО и магнитных полей в приосевой области установки PF-1000», «Физика плазмы», 2014, т.40, №8, стр. 721-737 [4]).The disadvantages of the known method lie in the low reliability of Hall sensors under extreme conditions already described above, as well as in the rather complicated installation of a matrix of such sensors in the working space of the experimental setup (in particular, if the experiment takes place inside a vacuum chamber, a vacuum input will need to be made for each sensor for signal wires, which will greatly complicate the experiment). In addition, the destruction of Hall sensors as a result of exposure to an aggressive environment, for example, powerful plasma flows, leading to the need to dismantle and replace them, causes additional difficulties when using them in chambers with a constant operating pressure, in particular, the need to create a special lock element (see the article by Mitrofanova K.N. et al. “Investigation of the fine structure of PCS and magnetic fields in the axial region of the PF-1000 setup”, Plasma Physics, 2014, v.40, No. 8, pp. 721-737 [ 4]).
Следует отметить, что в [4] предлагается использование вместо датчиков Холла иных датчиков (представляющих собой миниатюрные, в несколько витков, катушки), что, тем не менее, не решает проблему выхода их из строя.It should be noted that in [4] it is proposed to use other sensors instead of Hall sensors (representing miniature coils with several turns), which, nevertheless, does not solve the problem of their failure.
Известный из [3] способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.Known from [3] method is adopted as the closest analogue of the claimed method.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании способа определения распределения магнитного поля в заданной области пространства, имеющего широкие возможности применения при относительной простоте использования.The technical problem solved by the claimed invention is to create a method for determining the distribution of the magnetic field in a given area of space, which has a wide range of applications with relative ease of use.
При этом достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности определения распределения магнитного поля в любой заданной области пространства, включая рабочие камеры высокоэнергетических установок, в том числе, те, в которых создается агрессивная среда и/или предъявляются повышенные требования к рабочим режимам таких установок, без необходимости внесения существенных изменений в их конструктивные решения.At the same time, a technical result is achieved, which consists in ensuring the possibility of determining the distribution of the magnetic field in any given area of space, including the working chambers of high-energy installations, including those in which an aggressive environment is created and/or there are increased requirements for the operating modes of such installations, without the need to make significant changes to their design solutions.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания способа определения распределения магнитного поля в заданной области пространства, в котором:The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of creating a method for determining the distribution of the magnetic field in a given area of space, in which:
- в заданной области пространства размещают мишень, изготовленную из магнитного материала,- a target made of magnetic material is placed in a given area of space,
- нагревают поверхность упомянутой мишени до температуры, при которой происходит, по меньшей мере, частичное расплавление упомянутого материала,- heating the surface of said target to a temperature at which at least partial melting of said material occurs,
- осуществляют ударное воздействие на нагретую поверхность упомянутой мишени, в результате которого происходит вылет частиц упомянутого материала и их оседание на поверхности упомянутой мишени, и- impact is applied to the heated surface of said target, as a result of which particles of said material fly out and settle on the surface of said target, and
- фиксируют картину распределения частиц упомянутого материала на поверхности упомянутой мишени, соответствующую картине распределения магнитного поля в заданной области пространства.- fixing the distribution pattern of particles of said material on the surface of said target, corresponding to the distribution pattern of the magnetic field in a given region of space.
Источник упомянутого нагрева и/или источник упомянутого ударного воздействия могут быть как изначально размещенными в заданной области пространства (например, входить в состав высокоэнергетической установки), так и размещаться в нем в связи с необходимостью обеспечить нагрев и/или ударное воздействие.The source of said heating and/or the source of said shock can be both initially placed in a given area of space (for example, be part of a high-energy installation), and placed in it in connection with the need to provide heating and/or shock.
В одном из частных вариантов, в качестве источника упомянутого нагрева, а также источника упомянутого ударного воздействия используют установку плазменного фокуса, при этом упомянутую мишень размещают в разрядной камере упомянутой установки на заданном расстоянии от ее анода и воздействуют на поверхность упомянутой мишени одиночным плазменным импульсом или серией таких импульсов.In one of the particular variants, a plasma focus installation is used as a source of said heating, as well as a source of said impact action, while said target is placed in the discharge chamber of said installation at a given distance from its anode and the surface of said target is affected by a single plasma pulse or a series such impulses.
В другом частном варианте, в качестве источника упомянутого нагрева, а также источника упомянутого ударного воздействия используют лазерную установку, при этом упомянутую мишень размещают на заданном расстоянии от выходного окна упомянутой установки и воздействуют на поверхность упомянутой мишени одиночным лазерным импульсом или серией таких импульсов.In another particular variant, a laser installation is used as a source of said heating, as well as a source of said impact action, while said target is placed at a predetermined distance from the exit window of said installation and the surface of said target is affected by a single laser pulse or a series of such pulses.
В еще одном частном варианте, упомянутый нагрев поверхности упомянутой мишени осуществляют с помощью индуктора.In another particular embodiment, said heating of the surface of said target is carried out with the help of an inductor.
В еще одном частном варианте, упомянутый нагрев поверхности упомянутой мишени осуществляют с помощью токового контура, расположенного в непосредственной близости от поверхности упомянутой мишени с той же стороны, с которой наблюдается оседание частиц упомянутого материала.In another particular variant, said heating of the surface of said target is carried out using a current circuit located in close proximity to the surface of said target on the same side from which particles of said material are observed to settle.
В еще одном частном варианте, упомянутый нагрев поверхности упомянутой мишени осуществляют посредством пропускания электрического тока через упомянутую мишень.In yet another particular embodiment, said heating of the surface of said target is carried out by passing an electric current through said target.
В еще одном частном варианте, упомянутое ударное воздействие на нагретую поверхность упомянутой мишени осуществляют посредством механического удара в центр упомянутой мишени со стороны, обратной стороне, с которой наблюдается оседание частиц упомянутого материала.In another particular variant, said impact on the heated surface of said target is carried out by means of a mechanical shock to the center of said target from the side, the reverse side, from which particles of the said material are observed to settle.
В еще одном частном варианте, в качестве источника механического удара используют механический ударник.In another particular embodiment, a mechanical impactor is used as a source of mechanical impact.
В еще одном частном варианте, в качестве источника механического удара используют пьезоэлемент, расположенный на поверхности упомянутой мишени со стороны, обратной стороне, с которой наблюдается оседание частиц упомянутого материала.In another particular variant, a piezoelectric element is used as a source of mechanical shock, located on the surface of the said target from the side, the reverse side, from which particles of the said material are observed to settle.
В еще одном частном варианте, в качестве источника механического удара используют пулю или снаряд.In another particular embodiment, a bullet or projectile is used as a source of mechanical impact.
В еще одном частном варианте, в качестве источника механического удара используют пучок частиц.In another particular embodiment, a particle beam is used as a source of mechanical shock.
В еще одном частном варианте, упомянутый нагрев поверхности упомянутой мишени и упомянутое ударное воздействие на нагретую поверхность упомянутой мишени осуществляют пучком заряженных частиц.In another particular variant, said heating of the surface of said target and said impact on the heated surface of said target is carried out by a beam of charged particles.
На фиг.1 показана схема реализации заявленного способа, согласно одному из частных вариантов (в установке плазменного фокуса ПФ-5, ФИАН).Figure 1 shows a diagram of the implementation of the claimed method, according to one of the private options (in the installation of the plasma focus PF-5, FIAN).
На фиг.2 показана схема реализации заявленного способа, согласно другому частному варианту (в лазерной установке).Figure 2 shows a diagram of the implementation of the claimed method, according to another particular variant (in a laser machine).
На фиг.3а и 3b показана схема реализации нагрева, согласно еще одному частному варианту (индукционный нагрев).On figa and 3b shows a diagram of the implementation of heating, according to another particular variant (induction heating).
На фиг.4 показана схема реализации заявленного способа, согласно еще одному частному варианту (нагрев посредством пропускания электрического тока через мишень и ударное воздействие посредством механического ударника).Figure 4 shows a diagram of the implementation of the claimed method, according to another particular variant (heating by passing an electric current through the target and impact by means of a mechanical striker).
На фиг.5 показана схема реализации заявленного способа, согласно еще одному частному варианту (нагрев с помощью токового контура и ударное воздействие посредством пьезоэлемента).Figure 5 shows a diagram of the implementation of the claimed method, according to another particular variant (heating by means of a current circuit and impact by means of a piezoelectric element).
На фиг.6 показана схема реализации ударного воздействия, согласно еще одному частному варианту (посредством механического ударника).Figure 6 shows a diagram of the implementation of the impact, according to another particular variant (by means of a mechanical striker).
На фиг.7 показана схема реализации ударного воздействия, согласно еще одному частному варианту (посредством пьезоэлемента).Figure 7 shows a diagram of the implementation of impact, according to another particular option (by means of a piezoelectric element).
На фиг.8 показана схема реализации ударного воздействия, согласно еще одному частному варианту (с помощью пули или снаряда).Figure 8 shows a diagram of the impact, according to another particular option (using a bullet or projectile).
На фиг.9 показана схема реализации ударного воздействия, согласно еще одному частному варианту (с помощью пучка частиц).Figure 9 shows a diagram of the implementation of impact, according to another particular variant (using a particle beam).
На фиг.10 показана схема реализации заявленного способа, согласно еще одному частному варианту (нагрев и ударное воздействие с помощью пучка заряженных частиц).Figure 10 shows a diagram of the implementation of the claimed method, according to another particular variant (heating and impact with a beam of charged particles).
На фиг.11 показана картина распределения частиц расплавленного материала по поверхности мишени из Fe в результате воздействия импульсов азотной плазмы на расстоянии от анода до мишени, равном 25 мм, при заряде конденсаторной батареи до 18 кВ на установке ПФ-5.Figure 11 shows the pattern of the distribution of particles of the molten material over the surface of the Fe target as a result of the action of nitrogen plasma pulses at a distance from the anode to the target, equal to 25 mm, when the capacitor bank is charged up to 18 kV at the PF-5 installation.
На фиг.12 показана картина распределения частиц расплавленного материала по поверхности мишени из Fe в результате воздействия импульсов азотной плазмы на расстоянии от анода до мишени, равном 50 мм, при заряде конденсаторной батареи до 18 кВ на установке ПФ-5.Figure 12 shows the pattern of the distribution of particles of the molten material over the surface of the Fe target as a result of the action of nitrogen plasma pulses at a distance from the anode to the target, equal to 50 mm, when the capacitor bank is charged up to 18 kV at the PF-5 installation.
На фиг.13 показана картина распределения частиц расплавленного материала по поверхности мишени из Al в результате воздействия импульсов азотной плазмы на расстоянии от анода до мишени, равном 25 мм, при заряде конденсаторной батареи до 18 кВ на установке ПФ-5.Figure 13 shows the pattern of the distribution of particles of the molten material over the surface of the Al target as a result of the action of nitrogen plasma pulses at a distance from the anode to the target, equal to 25 mm, when the capacitor bank is charged up to 18 kV at the PF-5 installation.
Фиг.14 и 15 демонстрируют возможность одновременного использования пучка заряженных частиц с механическим ударником (фиг.14) и одновременного использования пучка заряженных частиц с пьезоэлементом (фиг.15).Fig.14 and 15 demonstrate the possibility of simultaneous use of a beam of charged particles with a mechanical striker (Fig.14) and simultaneous use of a beam of charged particles with a piezoelectric element (Fig.15).
Установка плазменного фокуса, показанная на фиг.1, представляет собой один из вариантов Z-пинчевого плазменного устройства и состоит из двух коаксиальных медных электродов (анода 1 и катода 2), разделенных между собой цилиндрическим керамическим изолятором 3, и конденсаторной батареи 4. Анод 1 и катод 2 размещены в разрядной камере 5, заполняемой рабочим газом до давления в несколько мм рт.ст. Энергия, накопленная в конденсаторной батарее 4, поступает на анод 1 через управляемый разрядник 6.The plasma focus setup shown in Fig. 1 is one of the variants of the Z-pinch plasma device and consists of two coaxial copper electrodes (
После подачи напряжения происходит электрический пробой вдоль поверхности изолятора 3, приводящий к образованию токово-плазменной оболочки (далее - ТПО), которая под действием пондеромоторных сил сначала отрывается от поверхности изолятора 3, а затем происходит ее движение в межэлектродном пространстве в направлении торцов анода 1 и катода 2.After applying voltage, an electrical breakdown occurs along the surface of
После выхода на торцы анода 1 и катода 2 ТПО начинает двигаться в радиальном направлении к вертикальной оси установки, при этом ТПО приобретает форму конуса с вершиной, направленной к аноду 1 (см. поз.7 на фиг.1). Благодаря конической форме ТПО, в процессе ее сжатия на вертикальной оси формируется кумулятивный поток плотной высокотемпературной плазмы.After reaching the ends of the
Известно, что в установках плазменного фокуса возникают магнитные поля. Например, в статье Крауза В.И и др. «Магнитозондовые исследования токовой оболочки на установке ПФ-3», «Физика плазмы», 2010, стр. 997-1012 [5], описано исследование динамики ТПО во время разряда на установке ПФ-3 с помощью магнитных зондов, расположенных на различном расстоянии от оси установки и от анода. Магнитные зонды начинали фиксировать магнитное поле, образованное ТПО, при ее приближении к ним.It is known that magnetic fields arise in plasma focus devices. For example, in the article by Krauz V.I. 3 using magnetic probes located at different distances from the setup axis and from the anode. The magnetic probes began to record the magnetic field generated by the PCS as it approached them.
Для реализации заявленного способа мишень 8, преимущественно, с плоской или полусферической поверхностью (что обеспечивает наглядную картину распределения магнитного поля), изготовленную из магнитного материала (сплава на основе железа или любого иного материала, проявляющего магнитные свойства) размещают в разрядной камере 5 на заданном (определяемом задачей эксперимента) расстоянии от анода 1.To implement the claimed method, the
Как следствие воздействия на поверхность мишени 8 одиночным плазменным импульсом или серией таких импульсов (см. поз.9 на фиг.1), происходит нагрев поверхности мишени 8 до температуры, при которой происходит, по меньшей мере, частичное расплавление материала, из которого изготовлена мишень 8. В частности, в установке ПФ-5 во время эксперимента поверхность мишени 8 может нагреться до температуры более 3000°С.As a result of exposure to the
В результате происходит вылет частиц материала, из которого изготовлена мишень 8, и их оседание на поверхности мишени 8. Далее фиксируют картину распределения частиц материала на поверхности мишени 8, соответствующую картине распределения магнитного поля в разрядной камере 5.As a result, particles of the material from which the
В варианте реализации способа, показанном на фиг.2, мишень 8 размещают на заданном (определяемом задачей эксперимента) расстоянии от выходного окна 10 лазерной установки 11 и воздействуют на поверхность мишени 8 одиночным лазерным импульсом или серией таких импульсов (см. поз.12 на фиг.2).In the embodiment of the method shown in Fig. 2, the
Известно, что вблизи облученной лазерным излучением мишени возникают магнитные поля с направлением, параллельным плоскости мишени (см. статью Yu.S. Kas'yanov, G.S. Sarkisov «Spatial-temporal measurement of magnetic fields in laser-produced plasmas», Journal of Russian Laser Research, Vol.15, №3, 1994, pp.265-282, или обзор J. A. Stamper «Review on spontaneous magnetic fields in laser-produced plasmas: Phenomena and measurements», Laser and Particle Beams, Vol.9, №4, pp.841-862).It is known that near a target irradiated with laser radiation, magnetic fields arise with a direction parallel to the target plane (see the article by Yu.S. Kas'yanov, G.S. Sarkisov "Spatial-temporal measurement of magnetic fields in laser-produced plasmas", Journal of Russian Laser Research, Vol.15, No. 3, 1994, pp.265-282, or review by J. A. Stamper "Review on spontaneous magnetic fields in laser-produced plasmas: Phenomena and measurements", Laser and Particle Beams, Vol.9, No. 4, pp.841-862).
Как следствие воздействия на поверхность мишени 8 одиночным лазерным импульсом или серией таких импульсов 12, происходит нагрев поверхности мишени 8 до температуры, при которой происходит, по меньшей мере, частичное расплавление материала, из которого изготовлена мишень 8.As a result of exposure of the
В результате происходит вылет частиц материала, из которого изготовлена мишень 8, и их оседание на поверхности мишени 8. Далее, аналогично, фиксируют картину распределения частиц материала на поверхности мишени 8, соответствующую картине распределения магнитного поля в области пространства перед мишенью 8.As a result, particles of the material from which the
В варианте реализации способа, показанном на фиг.3, нагрев поверхности мишени 8 осуществляют посредством индукционного нагрева. Как показано на фиг.3а, мишень 8 помещают внутрь индуктора 13 (катушка с токовыми витками), нагревают переменным током, после чего индуктор 13 желательно выключить, чтобы создаваемые им магнитные поля не вносили ошибок в исследуемые магнитные поля заданной области пространства, а также убрать в сторону, чтобы поверхность мишени 8 не закрывалась токовыми витками индуктора 13 (см. фиг.3b). После чего нужно осуществить ударное воздействие на мишень 8, например, посредством механического ударника (более подробно описано со ссылкой на фиг.6).In the embodiment of the method shown in FIG. 3, the
В варианте реализации способа, показанном на фиг.4, нагрев поверхности мишени 8 осуществляют посредством пропускания электрического тока через мишень 8 с помощью проводников (например, промышленных проводов) 14. После нагрева нужно осуществить ударное воздействие на мишень 8, например, посредством механического ударника (более подробно описано со ссылкой на фиг.6).In the embodiment of the method shown in figure 4, the heating of the
В варианте реализации способа, показанном на фиг.5, нагрев поверхности мишени 8 осуществляют с помощью токового контура 15, расположенного с той же стороны, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8. Питание к токовому контуру 15 подается по проводникам 16. Токовый контур, в частности, может быть изготовлен из вольфрамовой нити (температура плавления 3422°С). Температура плавления материала контура 15 должна быть выше температуры плавления материала мишени 8. Допустимо также использовать в качестве токовых контуров 15 электронагреватели, аналогичные тем, что используются в электропечах сопротивления, например, из дисилицида молибдена (температура плавления 1300-1500°С), карборундовые или силитовые (температура плавления до 1300°С). Выбор подходящего материала токового контура 15 будет зависеть от выбранного материала мишени 8 (а именно, от его температуры плавления). В общем случае, токовый контур 15, расположенный с той же стороны, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8, не вносит существенного искажения в картину распределения исследуемого магнитного поля. Однако в случае, когда необходимо получить максимально достоверную картину распределения, можно убирать токовый контур 15 в сторону от мишени 8 после наступления момента начала расплавления ее поверхности. После нагрева нужно осуществить ударное воздействие на мишень 8, например, посредством пьезоэлемента (более подробно описано со ссылкой на фиг.7).In the embodiment of the method shown in Fig.5, the heating of the
В вариантах реализации ударного воздействия, показанном на фиг.4-9, ударное воздействие на нагретую поверхность мишени 8 осуществляют посредством механического удара в центр мишени 8 со стороны, обратной стороне, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8. В частности, как показано на фиг.6, в качестве источника механического удара можно использовать механический ударник 16. Двигатель 17, запитанный, например, от промышленной сети с помощью проводников 18, передвигает поршень 19, который через воздушную прослойку 20, в свою очередь, передвигает ударник 16, который ударяет по металлическому проводнику (концентратору) 21 ударной волны. Металлический проводник (концентратор) 21 ударной волны закрепляют в корпусе 22 с помощью держателя 23 проводника (концентратора) 21 ударной волны. Ударная волна передается через концентратор 21 в центр мишени 8 и затем от центра распространяется к периферии мишени 8 (принцип работы, как в отбойном молотке). Можно синхронизировать момент начала плавления поверхности мишени 8 с моментом удара (одного), но также можно создавать постоянно периодические удары (как в отбойном молотке).In the embodiments of the impact action shown in Figs. 4-9, the impact on the heated surface of the
В качестве источника механического удара также можно использовать пьезоэлемент 24, установленный на поверхности мишени 8 со стороны, обратной стороне, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8 (см. фиг.7). При подаче на пьезоэлемент 24 напряжения по проводникам 25, он изгибается, тем самым создавая ударную волну в мишени 8, которая распространяется от центра к периферии.As a source of mechanical shock, you can also use the
В качестве источника механического удара также можно использовать пулю или снаряд 26, попадающий в центр мишени 8 со стороны, обратной стороне, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8 (см. фиг.8). Механизм ускорения пули или снаряда 26 не показан, можно использовать любой из известных механизмов (например, пистолетный механизм). Стрелкой (поз.27) показано направление движения пули или снаряда 26. Пуля или снаряд 26, при попадании по мишени 8, создает в ней ударную волну, распространяющуюся от центра к периферии.As a source of mechanical shock, you can also use a bullet or projectile 26 that hits the center of the
В качестве источника механического удара также можно использовать пучок частиц 28 (в частности, дроби), попадающий в центр мишени 8 со стороны, обратной стороне, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8 (см. фиг.9). Механизм ускорения пучка частиц 28 не показан, можно использовать любой из известных механизмов (например, пистолетный механизм). Стрелкой (поз.29) показано направление движения пучка частиц 28. Пучок частиц 28, при попадании по мишени 8, создает в ней ударную волну, распространяющуюся от центра к периферии.As a source of mechanical shock, it is also possible to use a beam of particles 28 (in particular, shots) falling into the center of the
Наряду с перечисленными выше способами нагрева поверхности мишени 8, на фиг.10 представлен еще один, а именно, с помощью пучка заряженных частиц 30. Стрелкой (поз.31) показано направление движения пучка заряженных частиц 30. Пучок заряженных частиц 30, при попадании по мишени 8, нагревает ее поверхность. Достоинством такого метода нагрева является возможность направления пучка заряженных частиц 30 под углом (т.е. не только перпендикулярно) к поверхности мишени 8.Along with the above methods of heating the surface of the
При перпендикулярном падении пучка заряженных частиц 30 на поверхность мишени 8 с его помощью можно осуществить как нагрев, так и ударное воздействие на нагретую поверхность мишени 8. В данном случае пучок заряженных частиц 30 должен находиться со стороны, с которой наблюдается оседание частиц материала мишени 8.When charged
Подтверждением возможности осуществления предлагаемого способа служат экспериментальные результаты, полученные на установке ПФ-5. Был проведен анализ полученных экспериментальных данных в результате облучения плоских мишеней 8 из Fe, Cu и Al на различных расстояниях (~25 и ~50 мм) от анода 1 ПФ-5 плазменными импульсами. В качестве рабочего газа использовался азот. Конденсаторная батарея 4 заряжалась до 18 кВ.The feasibility of the proposed method is confirmed by the experimental results obtained at the PF-5 installation. An analysis was made of the experimental data obtained as a result of irradiation of
На поверхности мишени 8 из Fe (ферромагнетик) имела место ориентация мелких частиц (капель) расплавленного металла вдоль линий магнитного поля, которая связана с токовыми филаментами, формирующими ТПО при ее схождении над анодом 1 ПФ-5 (см. фиг.1). При близком (-25 мм) расположении мишени 8 из Fe линии магнитного поля от токовых филаментов проникают в металл и ориентируют капли металла.On the surface of the
В результате для Fe наблюдается картина искривления условных линий разлета капель расплавленного металла вблизи края зоны воздействия плазмы (см. фиг.11). При удалении мишени из Fe на большее расстояние (~50 мм) наблюдаемая картина исчезает (см. фиг.12), что связано с ослаблением магнитного поля от токовых филаментов на таком расстоянии и, как следствие, недостаточностью величины магнитной индукции для поворота капель расплавленного металла на поверхности мишени 8.As a result, for Fe, a pattern of curvature of conditional expansion lines of molten metal drops near the edge of the plasma impact zone is observed (see Fig. 11). When the target is removed from Fe at a greater distance (~50 mm), the observed pattern disappears (see Fig. 12), which is due to the weakening of the magnetic field from the current filaments at such a distance and, as a result, the insufficiency of the magnetic induction to rotate the molten metal drops on the surface of the
Для Al (парамагнетик) по всей зоне воздействия плазмы на поверхности мишени 8 сохраняется картина прямолинейного распределения капель расплавленного металла (см. фиг.13). Для Cu (диамагнетик) имеет место картина, похожая на Al (не показана).For Al (paramagnet) over the entire zone of plasma impact on the surface of the
Стоит отметить, что процесс разряда в ПФ-5 имеет периодический характер синусоидальной формы с изменением знака потенциала на аноде 1 с «+» на «-». На фиг.1 изображены направления токов и магнитных полей от них в тот временной период, когда на аноде «+». Именно периодическое изменение направления тока и, соответственно меняющее свое направление магнитное поле, способствует тому, что мы наблюдаем поворот капель расплавленного металла (в случае Fe) на фиг.11 как по часовой стрелке, так и против нее.It should be noted that the discharge process in PF-5 has a periodic nature of a sinusoidal shape with a change in the sign of the potential at the
Теоретически и экспериментально ранее было доказано, что жидкий металл способен отвечать на воздействия внешнего магнитного поля (см., в частности, работу Michael Conrath «Dynamics of Liquid Metal Drops Influenced by Electromagnetic Fields», 2007, стр. 32-56 [6]). В упомянутой работе показано, что диск расплавленного металла может принимать различные фиксированные геометрические формы в зависимости от параметров воздействующего на него магнитного поля. В частности, в работе было исследовано изменение формы диска расплавленного металла в зависимости от величины тока в индукторе, создающем внешнее магнитное поле, и частоты внешнего магнитного поля, и показано, что изначально имеющий круглую форму диск расплавленного металла с увеличением тока индуктора и частоты внешнего магнитного поля изменяет свою форму сначала на однолепестковую, потом на двух-, трех- и четырех-лепестковую, а при дальнейшем повышении параметров капля распадается на две и более отдельные капли, также имеющие форму из различного количества лепестков.Theoretically and experimentally, it was previously proven that a liquid metal is capable of responding to the effects of an external magnetic field (see, in particular, Michael Conrath's work "Dynamics of Liquid Metal Drops Influenced by Electromagnetic Fields", 2007, pp. 32-56 [6]) . In the mentioned work, it is shown that a disk of molten metal can take various fixed geometric shapes depending on the parameters of the magnetic field acting on it. In particular, the change in the shape of the molten metal disk depending on the magnitude of the current in the inductor that creates the external magnetic field and the frequency of the external magnetic field was studied, and it was shown that the initially round molten metal disk with an increase in the inductor current and the frequency of the external magnetic field changes its shape first to single-leaf, then to two-, three- and four-leaf, and with a further increase in the parameters, the drop breaks up into two or more separate drops, also having a shape of a different number of petals.
В условиях отсутствия составляющей магнитного поля, параллельной плоскости мишени 8, или недостаточной величине этой составляющей (как в случае отдаления мишени 8 на большое расстояние от ТПО, изображенном на фиг.12), на картине распределения частиц (капель) расплавленного магнитного материала не будет наблюдаться поворота капель (как на фиг.11). Картина распределения капель расплавленного магнитного материала будет демонстрировать прямолинейное распределение капель от центра мишени 8 к ее периферии (как на фиг.13).In the absence of a magnetic field component parallel to the plane of the
В подобном случае для реализации заявленного способа необходимо использовать мишень 8 с поверхностью криволинейной формы, в частности, полусферической поверхностью, либо изменить расположение мишени 8 в заданной области пространства.In such a case, to implement the claimed method, it is necessary to use a
Предложенный способ отличается простым использованием и позволяет, имея эталонную картину распределения частиц расплавленного магнитного материала на поверхности мишени при наличии в заданной области пространства магнитного поля с известными параметрами, сравнивать ее с картинами, полученными в заранее не определенных условиях. Таким образом, предложенный способ позволяет с высокой степенью достоверности определить наличие либо отсутствие составляющих магнитного поля в заданной области пространства. Кроме этого, предложенный способ позволяет с достаточной точностью определить параметры магнитного поля без необходимости использования сложных (и зачастую неприменимых в экстремальных экспериментальных условиях) электронных средств для измерения и регистрации составляющих магнитного поля.The proposed method is simple to use and allows, having a reference picture of the distribution of particles of molten magnetic material on the target surface in the presence of a magnetic field with known parameters in a given area of space, to compare it with patterns obtained under predetermined conditions. Thus, the proposed method allows to determine with a high degree of certainty the presence or absence of magnetic field components in a given region of space. In addition, the proposed method makes it possible to determine the parameters of the magnetic field with sufficient accuracy without the need to use complex (and often inapplicable under extreme experimental conditions) electronic means for measuring and recording magnetic field components.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793615C1 true RU2793615C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2000110116A (en) * | 1997-09-24 | 2002-04-27 | Дзе Велдинг Инститьют | DEVICE FOR RADIATION OF CHARGED PARTICLES, RADIATOR OF CHARGED PARTICLES, WELDING MACHINE, ASSEMBLY FOR PASSING CHARGED PARTICLES, DEVICE FOR PRODUCING A BEAM OF CHARGED PARTICLES |
WO2010150109A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | A Gibson | Impact device for materials analysis |
RO126969A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-30 | Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava | Method for recording magnetic field gradient |
RU2601758C2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-11-10 | Сика С.п.А. | Method and apparatus for chamfering an end of a pipe made from thermoplastic material |
RU2674999C1 (en) * | 2018-03-12 | 2018-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "КАТРАН" | Device for induction heating |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2000110116A (en) * | 1997-09-24 | 2002-04-27 | Дзе Велдинг Инститьют | DEVICE FOR RADIATION OF CHARGED PARTICLES, RADIATOR OF CHARGED PARTICLES, WELDING MACHINE, ASSEMBLY FOR PASSING CHARGED PARTICLES, DEVICE FOR PRODUCING A BEAM OF CHARGED PARTICLES |
WO2010150109A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | A Gibson | Impact device for materials analysis |
RO126969A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-30 | Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava | Method for recording magnetic field gradient |
RU2601758C2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-11-10 | Сика С.п.А. | Method and apparatus for chamfering an end of a pipe made from thermoplastic material |
RU2574233C1 (en) * | 2014-10-24 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Sample for strength testing at heating by direct current passage |
RU2674999C1 (en) * | 2018-03-12 | 2018-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "КАТРАН" | Device for induction heating |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.А. Грибков и др. "УСТАНОВКА "ВИХРЬ" ТИПА "ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС" ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ". ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2020, N 1, с. 75-83, раздел 2.1. "Устройство, составные элементы и параметры установки", рис. 4. А. В. Кириллин, М. А. Шейндлин, Установка с лазерным нагревом для исследования свойств тугоплавких веществ при высоких температурах и давлениях, ТВТ, 1980, том 18, выпуск 5, 966-973, страница 967, рис. 1. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5921876B2 (en) | Extreme ultraviolet light generator | |
Anders et al. | Drifting localization of ionization runaway: Unraveling the nature of anomalous transport in high power impulse magnetron sputtering | |
JP5368221B2 (en) | Extreme ultraviolet light source device | |
RU2793615C1 (en) | Method for determining the magnetic field distribution | |
Zhou et al. | Effect of the anode material on the evolution of the vacuum breakdown process | |
Eschey et al. | Examination of the powder spreading effect in electron beam melting (EBM) | |
RU2793610C1 (en) | Method for determining magnetic properties of a material | |
EP0290620B1 (en) | Apparatus for observation using charged particle beams and method of surface observation using charged particle beams | |
TW201010517A (en) | Method and device for generating EUV radiation or soft x-rays | |
Hirata et al. | Micro-arc discharge phenomena | |
Zhou et al. | Visualizing the melting processes in ultrashort intense laser triggered gold mesh with high energy electron radiography | |
Li et al. | Electrode erosion properties of gas spark switches for fast linear transformer drivers | |
Svarnas et al. | On the reliable probing of discrete ‘plasma bullet’propagation | |
Thakur et al. | High power, high uniformity strip electron gun design, simulation and performance | |
Wu et al. | Aluminum and tungsten X-pinch experiments on 100 kA, 100 ns linear transformer driver stage | |
Rutberg et al. | Investigation of anode and cathode jets influence on electric arc properties with current up to 500 kA | |
Proskurovsky | Explosive electron emission from liquid-metal cathodes | |
Mazurek et al. | Fast cathode processes in vacuum discharge development | |
Bogomaz et al. | Influence of the cathode and anode jets on the properties of a high-current electric arc | |
Beilis et al. | Cathode spot jets. Velocity and ion current | |
Manos et al. | TFTR prototype electrostatic‐calorimeter probe head | |
Purwadi et al. | Method for determining electrons current extracted from plasma generator vessel used for simulation of electron beam trajectory using Simion-8 software | |
Xu et al. | Influence of magnetic field of a radial focusing external magnetically insulated diode on emission behavior of intense pulsed ion beam | |
Huang et al. | Measurement of the magnetic field distribution in a magnetically insulated diode with external magnetic field | |
EA011967B1 (en) | Thermionic electric converter |