Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
Выпрямленное напряжение содержало пульсации с частотой 300 Гц и более
высокими ее гармониками. Амплитуда пульсаций В при этом не 54
Рис. 2.33. Структурная система управления током, протекающим через
соленоид; показано лишь одно из семи пермаллоевых колец, вторичные
обмотки которых соединены последовательно [37]:
1 - соленоид; 2 - индукционный датчик поля; 3 - пермаллоевое кольцо; 4 -
электронное устройство, задающее поле; 5 - интегратор; 6, 7 - усилители;
8 - блок формирования импульсов управления тиристорами; 9 - тиристорный
выпрямитель; 10- фильтр
превышала 0,1 Тл благодаря достаточно большой собственной индуктивности
соленоида. Однако в ряде случаев и такой фон недопустим. Использованием
специально сконструированного фильтра с постоянной времени 6,67 мс [66]
удалось снизить амплитуду пульсаций В до 0,04 Тл.
Регулирование поля в соленоиде осуществлялось с помощью цепи обратной
связи, изображенной на рис. 2.33. Сигнал, пропорциональный скорости
изменения поля, снимался с индукционного датчика поля, помещенного в
центре импульсного соленоида. Это напряжение интегрировалось обычным
электронным интегратором (см. гл. 4), выходной сигнал которого
пропорционален напряженности магнитного поля. Эталоном, с которым
регулирующая система сравнивала сигнал индукционного датчика поля,
служили сигналы, выдаваемые системой из семи пермаллоевых колец-
трансформаторов, первичные обмотки которых независимы, а вторичные
соединены последовательно. На рис. 2.33 показано одно из таких колец. При
изменении направления намагничивающего тока в отдельных кольцах изменялся
также и выходной сигнал в цепи обратной связи, с помощью которой это
изменение компенсировалось, т.е. система колец позволяла программируемым
образом менять форму импульса. Намагниченность пермаллоевых колец,
которые поддерживались при постоянной температуре, была неизменна с
относительной погрешностью не хуже 10_3. За наименьший уровень поля была
принята индукция В = 1/3 Тл, при которой поток, пронизывающий первое
кольцо, перемагничивает его. При этом поток через первое кольцо
соответствует одному уровню поля, поток через второе - двум уровням поля
и так далее (1, 2, 4, ... , 64). Максимальная индукция поля, задаваемого
55
с помощью семи колец, есть [(27 - 1)/3] Тл = 423 Тл. Направление
намагниченности в каждом из колец можно задавать независимо друг от друга
и тем самым изменять значение В в соленоиде, пользуясь цифро-аналоговым
электронным устройством, которое управляется с пульта ЭВМ. Кроме того, с
этого устройства можно подать небольшое напряжение прямо на вход цепи
обратной связи (минуя кольца) и задавать тем самым постоянную скорость
нарастания или спада магнитной индукции (рис. 2.34).
Несомненным достоинством описанной установки является возможность
получения импульса поля с плоской вершиной длительностью 50-100 мс, что
очень важно для проведения прецизионных магнитных и электрофизических
экспериментов в СМП (см. гл. 4, а также [25]).
СМП большой длительности (не менее 1 с) можно получать с использованием
разряда конденсаторной батареи на многовитковый соленоид. Ашкенази и
коллеги [67] для генерации поля с Вт = 40 Тл и т00
1 с (рис. 2.35) применили разряд батареи (1,25 МДж, 25 мФ, 10 кВ) на
соленоид внутренним диаметром 25 мм, намотанный круглым медным проводом
диаметром 3 мм в полиамидной изоляции. Обмотка соленоида была пропитана
эпоксидным компаундом с алюминиевым порошком в качестве наполнителя - для
улучшения теплового режима работы соленоида и повышения его механической
прочности. Масса обмотки 70 кг, высота соленоида 17,5 см, наружный
диаметр 25 см, R (77 К) = = 0,25 Ом. Большая индуктивность соленоида
обусловливает его большую массу, а это позволяет избежать перегрева
обмотки.
Соленоид заключен в наружный бандаж из высокопрочной легированной
нержавеющей стали (о0 2 = 1410 МПа при Т = 77 К).
Для генерации СМП при длительностях импульса, превышающих 0,1 с, в
качестве накопителя энергии предпочтительнее применять мо-
Рис. 2.34. Формы импульсов поля, используемых в физических исследованиях*
кв аз и стационарны х магнитных полях [37 ]
0 0,2 0,4 0,6
0,6 t, с
юомс
Рис. 2.35. Форма импульса поля в соленоиде с Вт =40 Тл, Г0о 0,1 с [671
56
Рис. 2.36. Расчетная зависимость тока в 1,кА импульсном соленоиде с
квазистатичес-ким полем; Дt - отрезок времени, в течение которого
отклонение тока от макси- 6 мального значения не превышает Д = 2%
4
г
в о,2 ал о,в t,c
тор-генератор. Примером может служить установка, созданная в Национальной
магнитной лаборатории США [68]. Для получения квазистати-ческих магнитных
полей используются два из четырех имеющихся в лаборатории генераторов.
Каждый из них рассчитан на максимальную мощность 2,5 МВт (250 В, 10 кА) и
допускает токовую перегрузку до 40 кА в течение 5 с. Так как выход из
строя таких достаточно сложных и дорогих устройств крайне нежелателен,
для получения СМП применяются два параллельно включенных генератора,
