Взрывомагнитные генераторы

Наибольшие магнитные поля, которые удается получить в макроскопических объемах на Земле, получены сегодня с использованием взрывомагнитных (магнитокумулятивных) генераторов (ВМГ) [25-27]. Этим взрывным устройствам принадлежат сегодня рекорды по напряженности магнитного поля — 28 МГс, значению импульсного электрического тока — примерно 300 МА, что соответствует экстремально высокой электромагнитной энергии Я2/8тг я» 3 МДж/см3. Взрывомагнитные генераторы являются сегодня наиболее мощными энергетическими устройствами. Их мощность достигает порядка 100 ГВт.

Схема первого, предложенного акад. А.Д. Сахаровым, взрывомагнитного генератора приведена на рис. 2.18. В радиальном генераторе (генератор поля) исходный магнитный поток с индукцией Во радиально обжимается металлическим цилиндром, ускоряемым к центру детонацией конденсированного взрывчатого вещества. При условии сохране Дисковый взрывомагнитный генератор [26]

Рис. 2.18. Дисковый взрывомагнитный генератор [26]

ния магнитного потока напряженность магнитного

поля внутри цилиндрадостигает многих мегагаусс.

Существует два основных ограничения [26], накладываемых на скорость сжатия магнитного потока. Во-первых, сжатие должно быть достаточно быстрым, для того чтобы выполнялось условие дЬ/б1 >йи нагрузка не повреждалась действием пондеромоторных сил. Во-вторых, поскольку при быстром изменении потока Ф появляется высокое электрическое напряжение и = -Ы1/АЬ, требуется обеспечить достаточно прочную электрическую изоляцию, предохраняющую от электрических пробоев.

К настоящему времени создано семейство дисковых взрывомагнитных генераторов (ДВМГ) с зарядами ВВ диаметром от 240 до 1000 мм. В работах с ДВМГ достигнуты следующие параметры: коэффициент усиления энергии 10-30; характерное время 3-10 мкс; удельная энергия 600 Дж/см3; выходная энергия 200 МДж. Эти генераторы применяются для разгона металлических лайнеров с целью генерации ударных волн. Достигнута скорость лайнера массой 1 г — 50 км/с, массой 0,25 кг — 15 км/с, а также экспериментально подтверждена возможность квазисферического схлопывания лайнера под действием аксиально-симметричного магнитного поля.

На рис. 2.19 схематически изображен ДВМГ. Когда магнитный поток в генераторе достигает заданного значения, контур генератора замыкается, захватывая таким образом введенный магнитный поток. В тот же момент с помощью системы инициирования подрываются в синхронном режиме заряды ВВ по оси. Под действием продуктов взрыва токопроводящие пластины, схлопываясь, сжимают магнитный поток во всех полостях одновременно и вытесняют его из полостей сжатия через передающую линию в нагрузку. Форма токопроводящих

Дисковый взрывомагнитный генератор [26]

Рис. 2.19. Дисковый взрывомагнитный генератор [26]

Спиральный взрывомагнитный генератор

Рис. 2.20. Спиральный взрывомагнитный генератор: / — электродетонатор; 2 — заряд ВВ; 3 — лайнер; 4 — соленоид (статор); 5 — замыкающий штырь (кроубар); 6 — изолятор; 7 — нагрузка; С — конденсатор; К — разрядник [26]

пластин выбрана таким образом, чтобы сжатие осуществлялось по экспоненциальному закону.

Спиральные взрывомагнитные генераторы (СВМГ) [26], имея существенно большие индуктивность и скорость ее вывода (уменьшения), по сравнению с таковыми в других типах взрывомагнитных генераторов, могут эффективно работать с нагрузкой с широким диапазоном индуктивности и сопротивления. Основными элементами СВМГ (рис. 2.20) являются расположенные коаксиально цилиндрический соленоид и металлическая труба с зарядом ВВ, электрически соединенные через нагрузку. Магнитный поток, создаваемый в объеме генератора внешним источником энергии, сжимается центральной трубой, которая при инициировании заряда ВВ с противоположного от нагрузки торца разлетается под действием продуктов детонации в виде конуса, перемещающегося вдоль оси устройства со скоростью детонации. Центральная труба изготовляется из мягкой меди или мягких сплавов алюминия.

Одним из самых мощных СВМГ, созданных во Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ), является генератор с внутренним диаметром витков 240 мм [26]. При начальной энергии около 40 кДж он обеспечивает в нагрузках 50-120 нГн ток до 15 МА, магнитную энергию до 8 МДж. Характеристики генератора превосходят мировой уровень по удельной энергии в 2-3 раза, по коэффициенту усиления энергии в 10-20 раз и быстроходности примерно в 2 раза.

Спиральные взрывомагнитные генераторы нашли применение для разгона твердотельных лайнеров до высоких скоростей. Наиболее известна серия из семи экспериментов R-Damage, проведенных совместно РФЯЦ-ВНИИЭФ и Лос-Аламосской национальной лабораторией, по изучению динамического разрушения в сходящейся геометрии с использованием взрывомагнитного устройства в качестве «драйвера» цилиндрического алюминиевого лайнера, создающего осесимметричное ударное воздействие на исследуемую мишень. Целью экспериментов являлось исследование особенностей зарождения и развития откольно- го разрушения, а также компактирования поврежденности в экструдированном алюминии.

Одним из направлений инерционного термоядерного синтеза является генерирование мощных импульсов мягкого рентгеновского излучения с энергией до 10 МДж за время порядка 10 нс и обжатие этим излучением термоядерной мишени. В проекте «Эмир» для генерации мягкого рентгеновского излучения используются одно- и двухкаскадные лайнеры из вольфрамовых проволок диаметром около 0,01 мм с запиткой их от ВМГ. На начальном этапе исследований применялись спиральные ВМГ диаметром 100 и 200 мм. В этих экспериментах токовые импульсы имели амплитуду 2,5-5,5 МА и длительность нарастания фронта 300-400 нс. Зарегистрирован выход мягкого рентгеновского излучения (МРИ) до 180 кДж длительностью 20 нс и температурой около 50 эВ. При использовании 10-элементного ДВМГ с зарядами ВВ диаметром 240 мм в лайнерах были получены токи на уровне 14 МА с характерным временем нарастания 1,1 мкс. Энергия МРИ составляла примерно 0,8 МДж. На сегодня это самый мощный источник мягкого рентгеновского излучения в России. В дальнейшем планируется применение ДВМГ с зарядами ВВ диаметром 480 мм. Ожидаемые токи в лайнере до 50 МА с временем нарастания 0,5 мкс. По расчетам энергия МРИ при таких параметрах тока должна составлять более 10 МДж.

Физические эксперименты с использованием взрывомагнитных генераторов детально рассматриваются в работе [27].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >