Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
небольшим количеством ВВ. При этом нет необходимости заботиться о
правильности формы области сжатия - возможна произвольная замкнутая
сходящаяся система ударных волн. Все это упрощает эксперимент и позволяет
проводить его в стандартных лабораторных взрывных камерах, а не в полевых
условиях.
Нагаяма использовал в качестве рабочего вещества кремний (как моно-, так
и поликристаллический). Ударная волна инициировала в образце (рис. 3.7)
переход в металлическое состояние, в результате поток кумулировался и
индукция возрастала до 54 Тл за время около 6 мкс (рис. 3.8).
Таблица 3.4. Результаты экспериментов по генерации импульсных магнитных
полей ударно-волновой кумуляцией потока [99]
Плотность ВВ, г/см3 Во,Тл Вт, Тл РВ=Вт/Во
1,13 0,68 6,8 10
0,9 0,64 11,5 18
0,9 2,2 44,0 20
0,9 0,49 1,72 3,5
1,13 0,38 7,60 20
0,9 1,89 63,0 33,5
0,9 1,94 50,0 26
0,9 1,87 34,0 18
0,9 1,96 90,0 46
0,9 3,86 100,0 26
В/В0
15
10
5
Рис. 3.8. Временная зависимость магнитной индукции в экспериментах
Нагаямы (В0 = 4,5 Тл) [981
0 2 4 t, мкс
Возможности ударно-волнового метода получения ССМП рассмотрим на примере
магнитной кумуляции в пористом веществе при переходе его в проводящее
состояние [99]. Волна изменения проводимости распространяется по веществу
со скоростью ударной волны Уф, а работу против сил магнитного давления
производит вещество, движущееся со скоростью V < Vsfl. Отношение
* = V/Уф = 1 - D0/D (3.21)
определяется сжимаемостью вещества; D0 и D - начальная и конечная
плотности вещества. В трудно сжимаемых материалах V < Уф, а в легко
сжимаемых V ~ Уф. Различие между V и Уф даже при идеальной проводимости
за фронтом ударной волны приводит к захвату магнитного потока и уносу его
от фронта ударной волны со скоростью (Vsh - У) относительно фронта. Такой
процесс вызывает некоторое уменьшение магнитного потока в центре области
сжатия. Для фиксированного отношения У/Уф можно вывести, что отношение
удержанного в обла-
90
сти сжатия потока к начальному
г? - Ф/Фо ~ (S o/S)
+ у!УЛ
(3.22)
а коэффициент усиления поля
(3.23)
Здесь Sо, S начальное и конечное значения площади области сжатия. Так как
V/Vsh < 1, при уменьшении площади до нуля весь поток уносится из области
сжатия, но поле усиливается. При этом магнитная энергия в области сжатия,
отнесенная к энергии стартового поля,
обнаруживает сильную зависимость от параметра сжатия %. Если % больше
0,5, то магнитная энергия в области сжатия возрастает, а если меньше 0,5
- убывает. При VfV$ = 0,5 она остается постоянной. В случае V/Vsh < 0,5
торможение ударной волны магнитным полем не приводит к большому отбору
энергии от ударной волны и закону сохранения энергии не противоречит
вариант полного смыкания ударных волн. При этом магнитная энергия
останется конечной, поток полностью уйдет в проводник, а плотность
магнитной энергии будет неограниченно возрастать при ограниченной
начальной энергии системы. Подобное явление известно в теоретической
гидродинамике как неограниченная кумуляция [100].
Ограничения данного метода, связанные с конечной проводимостью материала,
сказываются, как и в классической схеме МК-генератора, на последних
стадиях сжатия. В осесимметричном случае оценки дают
где г0 и г - начальный и конечный радиусы; Rem = д0 о Vr0 - магнитное
число Рейнольдса. При больших числах Рейнольдса конечность проводимости
лишь на последнем этапе сжатия становится существенной для протекания
процесса кумуляции и приводит к конечным значениям коэффициента усиления
поля
По нашему мнению, ударно-волновой метод получения ССМП перспективен в
сочетании с обычным МК-генератором взрывного типа с
91
ет = VPВ = (5°/5)
(3.24)
r/r0 = exp[(F - V)Remj4V],
(3.25)
(3.26)
2
где 5djf = лrdjf - так называемая диффузионная площадь области сжатия.
металлическим лайнером, если этот генератор использовать для генерации
стартового поля. Возможно, что таким способом будут достигнуты поля с Вт
до 5000 Тл.
3.3.2. Электромагнитное сжатие потока. Использование электромагнитных
сил, возникающих при взаимодействии мощных электрических токов, для
получения ССМП впервые предложил и осуществил Кнар [82]. В качестве
примера МК-генератора, работающего на этом принципе, опишем установку
Института физики твердого тела Токийского университета [101], на которой
интенсивно ведутся исследования резонансных, оптических и
электрофизических свойств материалов с Вт до 200 Тл.
Сжатие металлического лайнера, размещенного внутри первичного, соленоида,
по которому пропускается мощный импульс тока малой длительности,
происходит вследствие взаимного расталкивания этого соленоида и лайнера,
в котором наводится ток противоположного направления (рис. 3.9, 3.10).
Для создания тока в первичном соленоиде используется конденсаторная
батарея энергоемкостью 285 кДж при напряжении 30 кВ. Одновитковый
первичный соленоид изготовляется из стальной пластины размером 220 х 160
х 20 мм, в которой фрезеруется отверстие диаметром 71,8 мм. Благодаря
