Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
и испарению проводящего слоя. В результате имеют место быстрое увеличение
объема поля и уменьшение плотности магнитной энергии. Поэтому для
получения магнитных полей с Вт, равной нескольким сот тесла, необходимо
обеспечить столь большую скорость подвода энергии (т.е. вектор Пойнтинга
Sp=ExH должен быть велик), чтобы компенсировать скорость уменьшения
плотности энергии в рабочей области импульсного магнита. Для этого нужно
иметь источники высокого напряжения с большими токами.
В методах создания ССМП источниками энергии служат конденсаторные батареи
либо взрывчатые вещества (ВВ). Сжатие магнитного потока с применением ВВ
(рис. 3.1,а и б) - наиболее известный метод генерации ССМП. В этом случае
энергия, выделяемая при взрыве, используется для сжатия лайнера, в
который заблаговременно введен магнитный поток, называемый стартовым [10,
80, 81].
Если скорость движения стенок лайнера достаточно велика, то вследствие
скин-эффекта магнитный поток не успевает ''диффундировать" через
металлическую оболочку, и в результате сжатия лайнера получается очень
сильное магнитное поле, поскольку площадь контура, охватываемого
лайнером, значительно уменьшается, а магнитный поток изменяется
незначительно. При сжатии цилиндрического лайнера получены рекордные
значения Вт = 1400 Тл [79а] и Вт =2500Тл [796] (подробнее - см. [10]).
Так как плотность энергии магнитного поля с В > 1000 Тл значительно
превосходит плотность энергии ВВ (см. табл. 3.1), а магнитное давление
превышает 4 -1011 Па, генерация таких ССМП сопровождается разрушением
экспериментальной установки в зоне кумуляции потока, что затрудняет
поведение воспроизводимых физических экспериментов. В магнитокумулятивном
(МК) генераторе ССМП типа ''кузнечных мехов" (рис. 3.1,6) повреждения в
зоне максимального поля значительно меньше, так как магнитный поток
''выталкивается" в область, отдаленную от зоны взрыва. Максимальные
значения В в этом случае, однако, не превышают 200 Тл из-за больших
потерь
75
5 В
'/'"'"Т.
V,
V,
Рис. 3:1.Методы получения ССМП:
а и б - взрывные МК-генераторы; виг- электромагнитное сжатие потока; д -
прямой разряд на одновитковый соленоид; е - плазменный фокус; / -
детонатор; 2 - лайнер; 3 - ВВ; 4 - одновитковый соленоид; 5,6 -
цилиндрические электроды; 7 - плазменная оболочка; 8 - изолирующая
прокладка. Во всех вариантах, кроме д, перед сжатием внутри лайнера
(металлического или плазменного) вводится стартовый магнитный лоток. В
процессе быстрого сжатия лайнера за счет энергии взрыва или
взаимодействия токов (они указаны на в и г стрелками) происходит усиление
начального поля, если нет заметных потерь потока в ходе самого сжатия
потока при сжатии лайнера по сравнению с потерями в цилиндрическом МК-
генераторе [18].
Наряду с МК-генераторами, в которых используется энергия химических ВВ,
существуют МК-генераторы, основанные на методе электромагнитного сжатия
потока за счет энергии, запасенной в конденсаторной батарее (рис.
3.1,в,г). В этом случае лайнер движется под действием сил,
76
обусловленных взаимодействием тока первичного соленоида с током,
индуцированным в лайнере. Кнар [82], применив первый вариант (0-пинч),
получил Вт = 200 Тл. Другую геометрию (Z-пинч) сжатия потока использовали
С.Г. Алиханов с коллегами [83]. Как показывает практика, эффективность
преобразования энергии при 0-пинче выше, чем при Z-пинче [84].
Кумуляция магнитного потока - не единственный возможный способ достижения
ССМП; можно применять для этой цели и прямой разряд конденсаторной
батареи на одновитковый соленоид (рис. 3.1,d). Этот метод основан на
использовании очень малоиндуктивных батарей и соленоидов: время
нарастания В до максимального значения должно быть менее 2 мкс. В
противном случае разрушение соленоида произойдет раньше, чем будут
достигнуты ССМП [85-87].
Недавно был предложен новый метод кумуляции магнитного потока - так
называемый плазменный фокус [88, 89], или ''магнитоприжа-хый разряд" [90]
(рис. 3.1,е). В начальный период электрического разряда в пространстве
между электродами специальной конфигурации возникает заполненная плазмой
область, имеющая аксиальную симметрию. Под действием электромагнитных сил
эта плазменная оболочка движется к верхнему электроду, одновременно
стягиваясь к оси симметрии. Во время такого процесса плотная плазма
захватывает и сжимает магнитный поток, тем самым генерируя ССМП.
Характерное время сжатия очень мало, 10"7 с, так как плотность плазмы, а
следовательно, и инерционность ''плазменного лайнера" намного меньше, чем
у металлического. Данный метод получения ССМП обладает существенным
достоинством - возможностью сохранить исследуемый образец и всю зону
кумуляции в целости после нескольких экспериментов (это опять-таки
связано с малой плотностью сжимаемой оболочки)*. В [88] использован такой
способ сжатия потока для изучения фарадеевского вращения в CdS. Хотя в
этих экспериментах Вт не превышало 14 Тл, использование этого метода
