Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
t ~ 0 соответствует достижению минимального радиуса плазменного лайнера
[114]
103
тавляло от 17 до 12. Максимально достижимое значение В составило 160 Тл.
Зависимости B(t) и r(t) приведены на рис. 3.20 (г - внутренний радиус
плазменного лайнера).
Летом 1986 г. в США аналогичным способом было получено поле с Вт = 1500
Тл. В качестве генератора тока использовалась установка Proto-II [115],
обеспечивающая максимальный ток в плазме 7,75 МА.
Дальнейшее развитие этой экспериментальной программы предусматривает
получение полей с Вт до 3000 Тл и в перспективе достижение полей с Вт "=
104 Тл!
ГЛАВА 4
ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
4.1. ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Любой физический эффект, зависимость которого от магнитной индукции
известна, может быть использован для ее измерения. Поэтому существует
множество методов измерения магнитной индукции [120, 121]. Однако лишь
некоторые из них представляют практический интерес в том случае, когда
магнитное поле - импульсное, и прежде всего потому, что многие методы,
хорошо зарекомендовавшие себя для постоянных магнитных полей, имеют
частотные характеристики, неподходящие для импульсных полей. Кроме того,
для оценки того или иного метода измерения индукции СМП важно установить
его конкурентоспособность по сравнению с наиболее распространенным -
индукционным методом. По этой причине основное внимание уделено описанию
индукционного магнитного датчика, а некоторые другие, реже применяемые
способы измерения СМП рассмотрены менее подробно.
4.1.1 Индукционный метод. Этот способ измерения индукции магнитного поля
основан на использовании в качестве датчика поля катушки из проводника, в
которой переменное магнитное поле наводит напряжение
U(t) = NSdB/dt. (4.1)
Здесь N - число витков в катушке; В - магнитная индукция; NS - так
называемая эффективная площадь датчика: NS = NS0 + Sa, где S0 - площадь
одного витка, a Sn- "паразитная площадь" витка, образованная подводами.
Последняя может составлять около 1 мм2 в тщательно изготовленном датчике
с 100 и .So 553 5 мм2. Мгновенное значение B(t) пропорционально -fU(t)dt.
Этот интеграл может быть определен численным или графическим
интегрированием либо с помощью специальной электронной схемы -
интегратора.
104
Анализ частотных характеристик индукционного датчика (см., например, [Ю])
показывает, что выходное напряжение с него всегда будет искажено по
сравнению с наводимой в нем ЭДС. Эквивалентной схемой датчика (рис. 4.1)
можно пользоваться до частот не более 30 МГц, при этом выходное
напряжение U с датчика описывается уравнением
где С, L и R - емкость, индуктивность и сопротивление датчика; RH -
сопротивление нагрузки; (7ВХ - входное напряжение.
Наилучшие характеристики, прежде всего минимальные искажения, имеют
датчики с наименьшей постоянной времени т = 2п y/LC. Это означает, что L
и С должны быть по возможности малы. Поскольку, например, для однослойной
катушки L " n0N2S/l, надо уменьшать N2S и увеличивать длину катушки /. В
то же время необходимо обеспечить как высокую чувствительность, так и
хорошее пространственное разрешение датчика. Первая цель достигается
увеличением его эффективной площади NS, а вторая - уменьшением его
размеров (т.е. S и /). Эти два требования желательно согласовать с малыми
индуктивностью и емкостью, поэтому выбор конструкции датчика диктуется
конкретными условиями эксперимента.
Дополнительные искажения вносит интегратор, будь то пассивный (RC-цепь)
или активный (подробнее - см. [10]). Интегрирующая ЛС-цепь преобразует
входной сигнал следующим образом:
где т - длительность импульса поля. Отсюда видно, что для точного
интегрирования необходимо выполнение условия RC>t0о- Существенное
значение, как следует из (4.3), имеет и форма входного напряжения: чем
длиннее его передний фронт, тем меньше погрешность. Амплитуда выходного
напряжения пропорциональна 1/RC, поэтому существует верхний предел для
RC: при большой постоянной времени интегрирования сигнал становится
слишком малым, чтобы быть надежно зарегистрированным.
Одним из наиболее популярных активных интеграторов является так
называемый интегратор Миллера. Это усилитель постоянного тока с
коэффициентом усиления Ки, охваченный цепью отрицательной обратной связи
(т.е. часть выходного напряжения подается на вход усилителя в противофаэе
с входным сигналом). В результате на входе усилителя создается
напряжение, компенсирующее изменение напряжения на интегрирующей RC-цепи
(рис. 4.2). Такой интегратор действует как ДС-цепь с последующим
усилением сигнала в Ки раз, но постоянная вре-
(4.2)
(4.3)
НК
Рис. 4.1. Эквивалентная схема индукционного датчика. Обозначения см. в
тексте
Рис. 4.2. Схема интегратора Миллера с коэффициентом усиления Ки, входным
сопротивлением R, интегрирующей емкостью С и сопротивлением для
балансировки операционного усилителя по входным токам ^бал
мени интегрирования увеличивается в Ки + 1 раз:
