Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
более сильное поле можно получить при той же степени сжатия. Поэтому для
генерации стартового поля используют обычные импульсные соленоиды. При
этом возникает дилемма. Чем короче импульс стартового поля, тем больше
его амплитуда, но тем сложнее ввести его без потерь внутрь замкнутой
оболочки. Можно сделать разрез по образующей цилиндрического лайнера
(рассмотрим только этот, наиболее важный для практики тип лайнера), но
тогда процесс сжатия будет сильно неоднородным. Применение же неразрезных
лайнеров ограничивает скорость нарастания стартового поля тем сильнее,
чем толще оболочка. Каким образом рещается зта, а также и другие из ранее
упомянутых проблем, мы обсудим позже.
М К-г енераторы с цилиндрическим лайнером. А.И. Павловский с коллегами
[81] разработали взрывной МК-генератор с высокой повторяемостью значения
Вт От эксперимента к эксперименту: Вт составляло (950 ± 50) Тл. Основные
параметры установки таковы: внутренний диаметр лайнера 14 см, длина 30
см, линейная плотность 90 г/см, масса ВВ 16 кг, эффективность
преобразования кинетической энергии лайнера в энергию магнитного поля
около 40%. Столь большого значения Вт удалось добиться благодаря
использованию ряда конструктивных усовершенствований обычного
цилиндрического МК-генератора.
Во-первых, соленоид, создающий исходное поле, помещался внутри ВВ, что
существенно облегчало создание стартового поля с Вт = 15 Тл внутри
лайнера. Соленоид представлял собой многозаходную, но в электрическом
отношении двухвитковую спираль, намотанную изолированным медным проводом
диаметром 0,25 мм. Наружный диаметр этого соленоида 15,2 см, внутренний
14 см, длина 30 см. Разрядом батареи конденсаторов емкостью 6000 мкФ
(t/max = 20 кВ) через спираль пропускался ток силой 2 МА, достаточный для
генерации поля с Вт я*
20 Тл во внутренней полости соленоида.
Во-вторых, соленоид, создающий стартовое поле, использовался в качестве
лайнера: как только ударная волна начинала проходить через соленоид,
отдельные провода сваривались под действием этой волны друг с другом,
образуя плотную цилиндрическую оболочку, эффективно захватывающую
магнитный поток. Такое новшество значительно облегчило как введение
стартового потока в лайнер, так и его дальнейшее сжатие, поскольку отпала
необходимость делать разрезной лайнер и обеспечивать однородное
схлопывание щели.
В-третьих, несколько защитных экранов - проводящих и непроводящих -
использовались для стабилизации процесса магнитной кумуля-
85
ции, а также они предохраняли датчик поля от преждевременного (до
достижения Вт) разрушения струями металла. Проводящий экран представлял
собой цилиндр, который состоял из отрезков изолированного медного
провода, плотно уложенных вдоль образующей цилиндра и склеенных
эпоксидным компаундом. Такой цилиндр свободно пропускал магнитный поток,
так как проводимости в азимутальном направлении нет, но задерживал струи
металла и электромагнитное излучение. Описываемый МК-генератор содержал
два таких экрана: длина каждого 20 см, наружные диаметры 33 и 17 мм,
толщины 3,5 и 1,5 мм соответственно. Непроводящий зкран-зашита
образовывался пятью - семью слоями лавсановой пленки, расположенной
снаружи и внутри проводящих экранов. Использование диэлектрических
экранов вызвано необходимостью обеспечения прочной электрической защиты
измерительной части установки.
В течение первых 14 мкс процесса сжатия оболочки потери магнитного потока
не превышали 20%, при этом магнитная индукция составляла 200 Тл (рис.
3.4). Максимальное значение индукции 950 Тл достигалось в момент времени
t = тот =17 мкс. На рис. 3.4 показаны также временные зависимости
основных параметров эксперимента: внутреннего диаметра оболочки D и
потерь магнитного потока 7?.
Анализ экспериментальной информации (индукционные и магнитооптические
измерения dB/dt и В (t), импульсная рентгенографическая регистрация формы
и размеров поперечного сечения лайнера) с привлечением расчетов по
одномерной модели генератора позволяет получить представление о работе
каскадного МК-генератора [95, 96]. На рис. 3.5 показаны результаты
обработки рентгенограмм в момент удара второго каскада, представляющего
собой сплавленные вместе лайнер и первый проводящий экран, о третий
каскад - второй проводящий экран. В момент удара возникает волна сжатия,
распространяющаяся по веществу третьего каскада, замыкающая проволочки и
захватывающая магнитный поток. Влияние каскадов на развитие
неустойчивостей (например, неустойчивости Рэлея - Тейлора) в первую
очередь связано с заменой ве-
Ри с. 3.4. Временные зависимости магнитной индукции В, внутреннего
диаметра D и коэффициента сохранения потока 7} = Ф/Ф0 в трехкаскадном
взрывном генераторе ССМП [81]
Рис. 3.5. Распределение плотности вещества D0 (сплошная линия) и
магнитной индукции В (пунктир) аксиальному по сечению трехкаскадного
взрывного генератора ССМП в момент удара второго каскада о третий [96]:
I, П, III - каскады генератора (показан только внутренний слой соленоида-
