Разработка установки для получения в атмосфере плазменных сгустков при электрическом взрыве металла во внешнем импульсном магнитном поле

• Автор: Маношкин, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 126 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа посвящена разработке установки для получения долгоживущих автономных плазменных образований в атмосфере при электрическом взрыве проводников во внешнем импульсном магнитном поле.
Разработан и реализован метод ввода энергии в плазму с учётом возможности импульсного индукционного разряда с плотной плазмой.
Определено влияние сильного быстроспадающего магнитного поля на время жизни автономных плазменных образований в открытой атмосфере.
Установлена зависимость времени жизни автономных плазменных образований в открытой атмосфере на основе электрического взрыва проводников от радиуса взрывающегося тороидального накопителя энергии.
Разработана методика проведения электровзрывных экспериментов, позволяющая оценивать влияние каждого из основных параметров электровзрыва на время жизни плазменных сгустков в атмосфере и вырабатывать требования к экспериментальным установкам.
Созданы газоразрядные стенды цилиндрической и тороидальной конфигурации для установки «ИНГИР-Мега-15».
Предложен способ крепления тороидального накопителя энергии, повышающий воспроизводимость результатов более чем в 2 раза.
На созданной экспериментальной установке впервые получены плазмоиды с временем жизни более 1 секунды.
Путем обработки снимков, полученных при фотографировании автономных плазменных образований, выявлена их внутренняя структура.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1Л Плотная плазма и способы её получения
1.2 Электрический взрыв проводников
1.3. Индукционные разряды
1.4 Постановка задачи диссертационной работы
ГЛАВА 2. МЕТОД ВВОДА ЭНЕРГИИ В ПЛАЗМУ ПРИ БЫСТРОМ СПАДЕ СИЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
2.1 Ведение
2.2 Метод ввода энергии в плазму
2.3 Теоретическая модель индукционного разряда при быстром спаде сильного магнитного поля
2.3.1 Цилиндрическая геометрия системы
2.3.2 Тороидальной геометрия системы
2.4 Ожидаемое время жизни токового кольца без подпитки извне
2.5 Плазмоид в свободной атмосфере
2.6 Пороги рождения и уверенного наблюдения плазмоидов
2.7 Магнитные силы, действующие в индуктивных накопителях энергии
2.7.1 Индуктивный накопитель с цилиндрической формой
2.7.2 Индуктивный накопитель с тороидальной формой
2.7.3 Электрически взрывающийся тороидальный накопитель энергии
2.8 Расчёт параметров индуктивных накопителей энергии
2.8.1 Выбор сечения провода для цилиндрического накопителя энергии
2.8.2 Расчёт прижимающей силы токопроводящего витка тороидального

накопителя
2.8.3 Расчёт размеров электрически взрывающегося тороидального

накопителя энергии
2.8.4 Расчёт необходимого тока и энергии конденсаторной батареи для

электрического взрыва
2.9 Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОВЕРКА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.1 Введение
3.2 Устройство и принцип работы установки
3.3 Основные расчётные соотношения для конструирования установки
3.3.1 Объём газоразрядной камеры, встроенной в индуктивный

накопитель энергии
3.3.2 Максимальная индукция магнитного поля в камере
3.3.3 Количество ампер-витков катушки индуктивного накопителя

энергии
3.3.4 Максимальная мощность в импульсе разрядного тока
3.3.5 Максимальное напряжение конденсаторной батареи
3.3.6 Максимальный ток в импульсе
3.3.7 Максимальная скорость нарастания тока
3.3.8 Длительность заднего фронта импульса тока
3.4 Экспериментальные исследования
3.4.1 Взрыв линейной проволоки внутри цилиндрического накопителя

энергии
3.4.2 Электрически взрывающийся тороидальный накопитель энергии
3.4.3 Проведение исследований воздействий интенсивных потоков

энергии на вещество

2.2 Метод ввода энергии в плазму
Перед описанием метода ввода энергии в плазму при быстром спаде сильного магнитного поля, при котором может формироваться «инверсный тета-пинч», рассмотрим вначале известный и достаточно хорошо изученный разряд «тета-пинч», рисунок 2.1.
Плазма проводит ток

Плазмы

Рисунок 2.1 - Схема ввода энергии в плазму с использованием индукционного разряда «тета-пинч»
Суть метода ввода энергии в плазму при использовании известного разряда тета-пинч [56] заключается в следующем. Если плазма в разрядной камере, находящейся внутри катушки IV (рисунок 2.1), предварительно хорошо прогрета, то энергия в плазму начинает вводиться сразу после замыкания ключа Б (фаза 1). Это происходит в связи с тем, что напряжение конденсатора С прикладывается к катушке IV, в ней начинает протекать первичный ток I , в результате чего внутри катушки создаётся сильное и быстро нарастающее магнитное поле В/. Это нарастающее поле создаёт вихревое электрическое поле и в разрядной камере возникает виток с вторичным током /, который под действием сил Ампера сжимает плазму Р к центру камеры. В результате в плазму вводится энергия, существенно повышающая её ионную температуру, и