Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
Вм для разных материалов также приведены в табл. 2.8. Как следует из этих
данных, наиболее перспективными для создания воспроиз-
(2.69)
D о de
Вм " ч/4ттА> V$VC До,
(2.70)
69
Таблица 2.8. Физические свойства матерка
одновитковых
Материал D0, г/смэ р, мкОм-см Су , 10(r) Дж (м-3 ¦к *) Тт, С
Алюминий 2,7 2,9 2,4 660
Медь 8,9 1,66 3,5 1083
Бронза БрБ2 8,9 2,2 3,3 1000
Латунь 8,5 7 3,2 900
Сталь 40 7,8 16 3,5 1530
Сталь 1Х18Н9Т 7,6 70 3,8 1425
Ниобий 8,57 16 2,4 2468
Молибден 10,2 5 2,8 2620
Тантал 16,6 13,6 2,5 2996
Вольфрам 19,3 5,3 2,6 3410
Рений 21 17,5 2,6 3180
водимых СМП амплитудой не менее 100 Тл являются тантал, ниобий, а также
некоторые марки легированных сталей. Вольфрам и молибден, обладающие
высокой термостойкостью, не годятся для этих целей из-за значительной
хрупкости.
2.4.2. Экспериментальное изучение стабильности. Такие исследования
проводились в полях с Вт от 50 до 100 Тл А.М. Андриановым и коллегами
[76]. После каждого импульса поля изучались изменения внутреннего
диаметра и формы соленоида, а также характер обнаруженных повреждений
витка. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.9; в ней dn/d0 -
отношение среднего диаметра dn = (г, + г2) после п импульсов к исходному,
а В<"П,/В<п? ' - отношение индукции генерируемого в п-м импульсе поля к
начальной индукции при заданном токе разряда. Деформации всех
одновитковых соленоидов, за исключением изготовленных из вольфрама или
молибдена, нарастали от импульса к импульсу, если индукция поля превышала
критическое значение для данного материала. Наибольшее пороговое значение
Вт, при котором становятся заметными изменения формы витка, имеет тантал
- (около 80 Тл), затем идут ниобий (65 Тл) и стали (50 Тл). Для бронзы
этот порог составляет 35-40 Тл. Из табл. 2.9 видно, что к типичным
повреждениям соленоида относятся пластичное течение металла, оплавление
внутренней поверхности витка и разрушения, обусловленные упоминавшимся
ранее эффектом пилы.
Важное значение для многократной генерации СМП имеет и величина
коэффициента затухания у. Эксперименты показали, что увеличение у
приводит к уменьшению повреждений, вызванных генерацией СМП, и
одновременно к увеличению порогового поля. Физически этот результат
вполне понятен, так как увеличение у эквивалентно уменьшению 70
лов, используемых для изготовления соленоидов [76]
Ударная вязкость asfj, Н/см2 Vc, 103см/с 1у,10* м/с Предел текучести,
Н/мм2 Вт,Тп Вм,Тп
17 3,0 6,2 110 41 25
120 4,6 4,5 260 64 47.
330 8,4 4,2 450 60 62
- 4,5 4,2 370 56 44
33 8,0 5,5 640 75 65
150 8,5 5,4 680 79 66
200 6,7 4,9 550 77 59
10 1,3 6,3 1150 90 30
270 6,2 4,5 40 92 74
8 0,4 5,2 1200 99 22
- - 1150 94 -
Таблица 2.9. Результаты испытаний толстостенных одинаковых соленоидов
[76]
Материал " витка *т' 1л Число импульсов <*"М> т 1 т Характер
разрушений
Медь 50 10 1,15 0,91 Пластическая деформация в аксиальном
направлении
65 5 1,65 0,65 Значительная дефор-
мация разреза витка
50 10 1,08 0,95 Расширение разреза
Бронза БрБ2 не-состаренная '65 5 1,20 0,88 витка Появление
эффекта пилы
• 65 10 1,25 0,75 Продольные трещины, однородно распределенные
по витку
Бронза БрБ2 сос- 50 10 1,05 0,96
таренная "65 5 1,15 0,75 Отдельные глубокие продольные трещины
Сталь 40 50 10 1,0 0,96
65 10 1,02 0,95 Разрезы на поверхности металла
Тантал 65 10 1 1
80 10 1 0,98 Незначительное увеличение ширины разреза
витка
95 10 1,1 0,93 Следы оплавления на поверхности металла
Молибден 50 3 1 1
(монокристалл) ' 65 1 - - Разрушение витка
71
Таблица 2.9 (продолжение)
Материал витка Вт,Тл Число импульсов ?(n)/jf°) m '"m Характер
разрушений
Ниобий 50 10 1 1
65 10 1,02 0,96 Небольшое увеличение ширины разреза витка
80 10 1,08 0,9 Следы оплавления на
95 поверхности металла
5 1,2 0,85 Сильная деформация и плавление внутрен-
Вольфрам ней поверхности
50 1 - Разрушение витка
(монокристалл)
длительности импульса, т.е. также ведет к снижению нагрузок при одном и
том же заданном значении Вт.
Резюмируя, отметим, что магнитные поля с Вт до 100 Тл и т00 ** ** 10 мкс
можно воспроизводимым образом получать, применяя одно-витковый соленоид.
Наиболее подходящим для таких целей материалом является тугоплавкий и
высокопрочный металл тантал.
2.4.3. Многослойные соленоиды. Одним из путей увеличения ресурса
соленоида стало снижение тепловых нагрузок в витке. Фаринский и коллеги
[77] разработали соленоид специальной констукции с целью изменить в нем
радиальное распределение температуры. Этого можно добиться, используя
многослойный соленоид - со слоями различной проводимости. Виток
изготовлялся из бериллиевой бронзы, а на его внутреннюю поверхность с
помощью взрыва наносился слой стали 55 толщиной 0,6 мм (рис. 2.43).
Магнитное поле с Вт =52 Тл создавалось в таком соленоиде 70 раз без
заметных повреждений внутренней поверхности витка. Конденсаторная батарея
емкостью 150 мкФ при t/max = 8 кВ позволяла получить импульс поля с т00 =
