Электродинамические процессы при ударном сжатии конденсированных сред

• Автор: Гилев, Сергей Данилович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 235 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ СЖАТИИ

1.1. Ударно-индуцированная проводимость конденсированного вещества

1.2. Методы и схемы измерения электропроводности

1.3. Электропроводность продуктов детонации конденсированных ВВ

1.4. Методы создания и управления потоками электромагнитной энергии высоких плотностей

Глава 2. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА УДАРНО-СЖИМАЕМЫХ ПРОВОДНИКОВ

2.1. Токовые волны при ударном сжатии проводника

2.2. Структура тока в металлизующемся веществе

2.3. Влияние фазы включения проводимости на структуру тока

2.4. Система проводник - металлизующееся вещество
2.5. Ударно-сжимаемый проводник в магнитном поле
2.6. Ударно-сжимаемый проводник с током
2.7. Ударно-сжимаемый магнетик
2.8. Особенности электродинамических процессов при ударном сжатии
Выводы по главе
Глава 3. УДАРНО-ИНДУЦИРОВАННЫЙ ПЕРЕХОД ДИЭЛЕКТРИК (ПОЛУПРОВОДНИК) -> МЕТАЛЛ
3.1. Измерение электропроводности при переходе диэлектрик - металл
3.2. Металлизация монокристаллического кремния
3.3. Порошковый кремний
3.4. Селен
3.5. Металлические порошки
3.6. Магнитоэлектрическая диагностика металлизации вещества
Выводы по главе

Глава 4. УДАРНО-ИНДУЦИРОВАННЫЙ ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ -> МЕТАЛЛ
4.1. Измерение электропроводности при переходе металл - металл
4.2. Иттербий
4.3. Высокопористая никелевая губка
4.4. Константан
4.5 Магнитомягкий сплав 80НХС
Выводы по главе
Глава 5. ДЕТОНАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ ПРОВОДИМОСТИ
5.1. Регистрация детонационной проводимости
5.2. Тротил
5.3. Взрывчатые вещества с металлическими добавками
5.4. Металлическая губка в детонационной волне
Выводы по главе
Глава 6. УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКАМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ПОМОЩИ ВОЛН ПРОВОДИМОСТИ
6.1. Ударно-волновой метод магнитной кумуляции
6.2. Экспериментальное исследование кумуляции
6.3. МГД-модель ударно-волновой магнитной кумуляции
6.4. Кумуляция магнитного поля детонационной волной
6.5. Коммутация электрического тока
Выводы по главе
Заключение
Список публикаций, содержащих основные результаты работы
Литература
Приложение

Введение
Ударные волны широко используются для получения и исследования экстремальных состояний конденсированного вещества при высоких давлениях и температурах [1,2]. При сильном сжатии в веществе протекают фазовые переходы и химические реакции, синтезируются новые материалы с уникальными физикохимическими свойствами; часть внутренней энергии может выделяться и использоваться для различных целей. Ударное сжатие приводит к кардинальным изменениям электрических и магнитных свойств материалов (переходы диэлектрик-металл, металл-диэлектрик, ферромагнетик-парамагнетик) и генерации неидеальной плазмы. Явление металлизации диэлектриков при большом давлении играет значительную роль для построения моделей магнетизма планет (особенно гигантских). Данные о состоянии вещества при высоких плотностях энергии необходимы для прогнозирования результатов экстремальных импульсных воздействий на материалы и конструкции, решения конкретных задач, связанных с нестационарными гидродинамическими процессами в условиях импульсного энерговыделения.
Эффективным инструментом для исследования состояния вещества и генерации больших плотностей энергии являются электромагнитные методы. Динамическое сжатие вещества ограничено во времени, что обуславливает необходимость анализа переходных электродинамических явлений в проводящих материалах.
Исследование электродинамических процессов в ударных волнах началось в 1950-х годах в связи с развитием магнитной гидродинамики. Масштабные исследования магнитогидродинамических (МГД) и ионизующих волн в газе и плазме [3-11] позволили найти структуру волн и решить принципиальные задачи о взаимодействии ударной волны с магнитным полем, явились фундаментальной основой для разработки ряда технических устройств. Электродинамические процессы в конденсированном веществе обладают рядом важных отличий по сравнению с газом и плазмой: 1) разница в плотности и электропроводности приводит к принципиально другому масштабу и качеству электродинамических явлений; 2) при перестройке кристаллической структуры конденсированного вещества происходят разнообразные изменения электромагнитных свойств; при

21 — уп (52; Ви),
(2.14)
(2.15)
Здесь г - линейная плотность тока, п - нормальная скорость границы.
Для конденсированного вещества уравнение (2.12) не может быть получено в настоящее время строгим образом. В данной главе мы используем простейшие феноменологические модели поведения электропроводности при сжатии. В большинстве задач полагается, что ударный фронт имеет пренебрежимую толщину, электропроводность включается мгновенно при сжатии и является однородной в пределах области. В главах 3-5 представлены результаты экспериментальных исследований электропроводности для разных классов материалов, что позволяет проверить обоснованность сделанных предположений.
В этой главе используются также следующие допущения: магнитное поле мало («: 1 МГ’с) и не влияет на движение ударной волны, ударная волна плоская, вещество однородно.
Рассмотрим ударную волну, распространяющуюся в проводящем полупространстве х>0 в поперечном магнитном поле (0,0,В) (рис. 2.1). Здесь и далее в этой главе ударная волна распространяется слева направо. В лабораторной системе отсчета скорость фронта ударной волны равна О, массовая скорость вещества - и. В пределах каждой области магнитная проницаемость полагается постоянной. Для принятой геометрии электрическое поле и плотность тока имеют только вертикальную компоненту.
Рис. 2.1. Плоская ударная волна в проводнике, помещенном в поперечное магнитное поле. 1 - несжатое вещество, 2 - сжатое вещество.
В системе отсчета, связанной с фронтом ударной волны, уравнение (2.7) имеет следующий вид