Войти
A cutawa вид генератора сжатия потока. Алюминиевая трубка взрывается на конце, выходящем за пределы спирали из медной проволоки. С другой стороны, трансформатор позволяет генератору более эффективно работать с электрической нагрузкой. Генератор сжатия магнитного потока с взрывной накачкой (EPFCG ) - это устройство, используемое для генерации высокого -питание электромагнитного импульса путем сжатия магнитного потока с использованием взрывчатого вещества.
EPFCG генерирует только один импульс, поскольку устройство физически разрушается во время работы. Пакет EPFCG, который может легко переноситься человеком, может производить импульсы силой в миллионы ампер и десятки тераватт. Для работы им требуется пусковой импульс тока, обычно обеспечиваемый конденсаторами.
Генераторы сжатия потока с взрывной накачкой используются для создания сверхсильных магнитных полей в исследованиях в области физики и материаловедения и чрезвычайно интенсивные импульсы электрического тока для приложений импульсной мощности. Они исследуются в качестве источников питания для устройств радиоэлектронной борьбы, известных как переходные электромагнитные устройства, которые генерируют электромагнитный импульс без затрат, побочных эффектов или огромного диапазона ядерных электромагнитных помех. импульсное устройство.
Первые работы над этими генераторами проводились ВНИИЭФ центром ядерных исследований в Сарове в Советском Союзе в начале 1950-х годов. за ним следует Лос-Аламосская национальная лаборатория в США.
На В начале 1950-х годов необходимость в очень коротких и мощных электрических импульсах стала очевидной для советских ученых, проводивших исследования ядерного синтеза. Генератор Маркса, хранящий энергию в конденсаторах, был единственным устройством, способным в то время производить импульсы такой большой мощности. Непомерно высокая стоимость конденсаторов, необходимых для получения желаемой мощности, побудила искать более экономичное устройство. Первые магнитовзрывные генераторы, которые возникли на основе идей Андрея Сахарова, были разработаны для выполнения этой роли.
Для магнитного поля постоянной напряженности величиной B проходя через поверхность S, поток Φ равен B, умноженному на S. Магнитовзрывные генераторы используют метод, называемый «сжатие магнитного потока», подробно описанный ниже. Этот метод становится возможным, когда шкалы времени, в течение которых работает устройство, достаточно коротки, что резистивные потери тока незначительны, и магнитный поток через любую поверхность, окруженную проводником (медный провод, например) остается неизменным, даже если размер и форма поверхности могут измениться.
Это сохранение потока может быть продемонстрировано из уравнений Максвелла. Наиболее интуитивное объяснение этого сохранения замкнутого потока следует из закона Ленца, который гласит, что любое изменение потока через электрическую цепь вызовет в цепи ток, который будет препятствовать изменению. По этой причине уменьшение площади поверхности, заключенной в проводнике с замкнутым контуром с проходящим через него магнитным полем, которое уменьшило бы магнитный поток, приводит к индукции тока в электрическом проводнике, который стремится поддерживать замкнутый поток на уровне его первоначальная стоимость. В магнитовзрывных генераторах уменьшение площади достигается за счет детонации взрывчатых веществ, упакованных вокруг проводящей трубки или диска, так что возникающая в результате имплозия сжимает трубку или диск. Поскольку магнитный поток равен величине магнитного поля, умноженной на площадь поверхности, по мере уменьшения площади поверхности напряженность магнитного поля внутри проводника увеличивается. Процесс сжатия частично преобразует химическую энергию взрывчатых веществ в энергию интенсивного магнитного поля, окруженного соответственно большим электрическим током.
Назначение генератора магнитного потока может заключаться либо в генерации импульса чрезвычайно сильного магнитного поля, либо в чрезвычайно сильном импульсе электрического тока; в последнем случае замкнутый провод присоединяется к внешней электрической цепи. Этот метод использовался для создания самых сильных искусственных магнитных полей на Земле; поля до 1000 тесла (примерно в 1000 раз больше силы обычного неодимового постоянного магнита) могут быть созданы за несколько микросекунд.
Рис. 1: Исходные линии магнитного поля. Внешнее магнитное поле (синие линии) пронизывает замкнутое кольцо из идеального проводника (с нулевым сопротивлением ). Полный магнитный поток 
Рис. 2: Конфигурация после уменьшения диаметра кольца. Предположим, что кольцо деформировано, уменьшая площадь его поперечного сечения. Магнитный поток, пронизывающий кольцо, представленный пятью силовыми линиями, уменьшается в том же соотношении, что и площадь кольца. Изменение магнитного потока индуцирует ток (красные стрелки) в кольце в соответствии с законом индукции Фарадея, который, в свою очередь, создает новое магнитное поле, окружающее провод (зеленые стрелки), по закону Ампера.. Новое магнитное поле противостоит полю за пределами кольца, но добавляет к полю внутри кольца, так что общий поток внутри кольца сохраняется: четыре зеленые линии поля, добавленные к пяти синим линиям, дают исходные девять линий поля.
Рис. 3: Силовые линии магнитного поля после сжатия. Путем сложения внешнего магнитного поля и индуцированного поля можно показать, что в конечном итоге силовые линии магнитного поля, первоначально пронизывающие отверстие, остаются внутри отверстия, таким образом, сохраняется поток., и ток был создан в проводящем кольце. Линии магнитного поля «сжаты» ближе друг к другу, поэтому (средняя) напряженность магнитного поля внутри кольца увеличивается пропорционально отношению исходной площади к конечной площади.
Простой базовый принцип сжатия магнитного потока может применяться множеством различных способов. Советские ученые из ВНИИЭФ в Сарове, пионеры в этой области, придумали три разных типа генераторов:
Такие генераторы при необходимости могут использоваться независимо или даже объединяться в цепочку последовательных этапов: энергия, производимая каждым генератором, передается следующему, который усиливает импульс, и скоро. Например, предполагается, что генератор ДЭМГ будет поставляться с генератором типа МК-2.
Весной 1952 года Людаев Р.З., Э. А. Феоктистова, Г. А. Цырков и А. А. Чвилева провели первый эксперимент с генератором этого типа с целью получения очень сильного магнитного поля.
Генератор с полыми трубками. Генератор MK-1 работает следующим образом:
. для достижения магнитных полей в миллионы гаусс (сотни тесла ) при начальном поле 30 кГс (3 Тл), которое в свободном пространстве «воздух» такое же, как H = B / μ 0 = (3 V s / m) / (4π × 10 V s / Am) = 2,387 × 10 А / м (приблизительно 2,4 МА / м).
Спиральные генераторы в основном были задуманы для подачи сильного тока на нагрузку, расположенную на безопасном расстоянии. Они часто используются в качестве первой ступени многокаскадного генератора, а выходной ток используется для создания очень сильного магнитного поля во втором генераторе.
Функция спирального генератора. Генераторы MK-2 работают следующим образом:
Генератор МК-2 особенно интересен для производства сильных токов, до 10 А (100 MA), а также магнитное поле очень высокой энергии, до 20% энергия взрыва может быть преобразована в магнитную энергию, а напряженность поля может достигать 2 × 10 гаусс (200 Тл).
Практическая реализация высокопроизводительных систем МК-2 потребовала проведения фундаментальных исследований большой группой исследователей; это было эффективно достигнуто к 1956 г., после производства первого генератора МК-2 в 1952 г. и достижения токов более 100 мегаампер с 1953 г.
Дисковые генераторы. DEMG генератор функционирует следующим образом:
Во ВНИИЭФ разработаны системы с использованием до 25 модулей. Мощность 100 МДж при 256 мА вырабатывалась генератором диаметром метр, состоящим из трех модулей.
