Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Джангобегов Владимир Викторович

Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча
<
Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Джангобегов Владимир Викторович. Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча: диссертация ... кандидата физико-математических наук: 01.04.08 / Джангобегов Владимир Викторович;[Место защиты: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", http://ods.mephi.ru].- Москва, 2015.- 87 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Экспериментальная установка 20

1.1. Диагностический комплекс, используемый на установке Ангара-5-1 20

1.2. Электротехнические диагностики на лайнерном узле установки ангара-5-1 23

1.2.1 Существующие датчики производной тока и напряжения 23

1.2.2 Методика калибровки датчиков тока и напряжения 27

1.3. Измерение напряжения вблизи нагрузки 28

1.3.1 Конструкция индуктивного делителя ULLU, расположенного вблизи лайнера 28

1.3.2 Сигналы, полученные с помощью индуктивного делителя ULLU... 30

ГЛАВА 2. Проволочные сборки для экспериментов на установке ангара-5-1 33

2.1. Цилиндрические многопроволочные сборки 33

2.2. Концепция квазисферической токовой имплозии 34

2.3. Методика формирования профиля линейной массы у лайнеров из вольфрамовых проволок с помощью катодного распыления

2.3.1 Катодное распыление в тлеющем разряде. Геометрия и параметры разряда 38

2.3.2 Стенд для обработки проволочного лайнера в газовом разряде

2.4. Методика измерения диаметра проволок лайнера 43

2.5. Результаты экспериментов по обработке вольфрамовых лайнеров в газовом разряде

ГЛАВА 3. Экспериментальные результаты

3.1. Обзор работ, посвященных исследованиям электрического пробоя

Микронных проволок 50

3.1.1 Электрический взрыв одиночной проволоки 50

3.1.2 Стадия инициации проволочных сборок 55

3.2. Исследование стадии инициации проволочных и волоконных лайнеров на установке ангара-5-1 с помощью электротехнических диагностик 57

3.2.1 Эксперименты с проволочными лайнерами без напыления 58

3.2.2 Эксперименты с волоконными лайнерами с напылением 61

3.2.3 Эксперименты с проволочными лайнерами с напылением 63

3.2.4 Обсуждение результатов 69

3.3. Параметры источника рентгеновского излучения при токовой имплозии вольфрамового квазисферического проволочного лайнера с профилированной массой 75

Заключение 79

Список литературы

Существующие датчики производной тока и напряжения

Для исследования процессов преобразования энергии в лайнерной нагрузке мощного импульсного генератора необходимо иметь информацию об изменении электротехнических параметров нагрузки (тока и напряжения). Напряжение U(f) и полный ток через лайнер J (і) связаны между собой следующим отношением: U(t)=J(t) R(t)+L(t) -dJ(t)ldt+J(t) -dL(t)/dt, (1) в котором R{i) и L{i) - сопротивление и индуктивность лайнера, соответственно. При этом величина омического падения напряжения J(t) R(t) является существенной в первые 10-15 нс разряда, пока не произошел пробой проволок с образованием плазмы с высокой проводимостью. В остальное время резистивная составляющая пренебрежимо мала, а напряжение определяется быстро изменяющимся магнитным потоком между лайнером и электродами выходного узла установки. Соответственно, экспериментально определенная зависимость R(t) может дать информацию о процессах, происходящих на стадии инициации проволок, a L{i) - о динамике сжатия лайнера. Большой интерес в понимании физики токовой имплозии проволочных сборок также представляют собой исследования пространственных распределений массы и тока внутри лайнера.

Для измерения пространственного распределения плотности тока внутри и вне сжимающегося лайнера используются миниатюрные магнитные зонды [48]. Особенность работы таких зондов в том, что они в процессе измерения находятся в плазме с экстремальными параметрами и подвергаются облучению МРИ с плотностью потока мощности 10 ТВ т/см . Поэтому магнитные зонды состоят из двух петель, намотанных в разные стороны. Это обеспечивает получение сигналов разной полярности, что позволяет судить об их магнитном происхождении. Снаружи зонды закрыты электростатическим экраном из NbTi толщиной (10-15) мкм. Время диффузии электромагнитного поля через такой экран составляет 1,5 не.

Ток, протекающий через лайнерную нагрузку, регистрируется с помощью 8-ми магнитных зондов DJL (рис.1, поз.7), расположенных на анодном фланце дискового концентратора установки Ангара-5-1 на радиусе 45 мм от оси лайнера в направлении каждого из восьми модулей установки. Каждый зонд представляет собой петлю из проволоки, снимаемый сигнал с которой пропорционален производной тока. Полный ток через нагрузку вычисляется как интеграл по времени от усредненного сигнала по восьми таким зондам. Разрешение методики не хуже 1 не.

Концентратор установки Ангара-5-1 вместе с датчиками напряжения и производной тока. 1 - катод ВТЛ, 2 - анод ВТЛ, 3 - анодный диск концентратора, 4 катод, 5 - предымпульсный разрядник, 6 - лайнер, 7 - датчики производной тока DJL, 8 индуктивный делитель UL81 (закорачивающий стержень и измерительная петля).

Не менее сложной задачей является измерение напряжения. Под действием мощного энерговклада в нагрузку и электронных потоков из вакуумных транспортирующих линий (ВТЛ) происходит ионизация остаточного газа и поверхностей твердых тел, располагающихся вблизи лайнера. Образующаяся плазма оказывается в том числе на элементах конструкции датчика напряжения, что может привести к существенному искажению его сигнала. Для измерения типичного в подобных экспериментах импульсного напряжения порядка 1 MB и длительностью -100 не обычно используются емкостные, индуктивные и реже -резистивные делители. Конструкция делителя должна быть такой, чтобы его импеданс не был слишком низким, в противном случае делитель заберет на себя ощутимую долю тока генератора. С другой стороны, датчик не должен обладать слишком высоким импедансом, так как в этом случае ухудшаются его частотные свойства, а токи утечки по плазме могут сильно влиять на сигнал. Поэтому в резистивном делителе в качестве резистора используется раствор медного купороса и конструкция делителя состоит из большого набора градиентных колец и уплотнений, что приводит к увеличению габаритов датчика [49].

В экспериментах на установке Ангара-5-1 описанные выше проблемы были частично решены при помощи индуктивного делителя UL81 [50] (рис. 1). Высоковольтное плечо делителя образовывалось проволокой диаметром 2 мм, присоединенной к поддерживающей катод колонне и аноду ВТ Л, а низковольтное - петлей, расположенной в специальной экранирующей полости, но вблизи проволоки. Сигнал, снимаемый с петли, пропорционален скорости изменения тока через проволоку, а поскольку скорость изменения тока через высоковольтное плечо делителя пропорциональна напряжению между электродами установки, то и сигнал с измерительного контура также пропорционален этому напряжению. Таким образом, напряжение измерялось вдоль сепаратрисы - поверхности, отделяющей семейство магнитных силовых линий, охватывающих ось лайнера, от восьми семейств магнитных силовых линий, охватывающих восемь катодов ВТЛ восьми различных модулей. Временное разрешение индуктивного делителя определяется размерами высоковольтного плеча. Последнее можно рассматривать как индуктивность только после окончания в нем волновых процессов и установления квазистационарного распределения токов, т.е. через время, превышающее значение Die, где D -размер контура высоковольтного плеча, с - скорость света. Для UL81 с размерами контура 100-120 см временное разрешение составляет 3-4 не.

Методики калибровки датчиков тока и напряжения вблизи нагрузки и в тракте транспортировки электромагнитного импульса основаны на возбуждении импульсных токов и напряжений на калибруемых узлах установки [51]. Уровень токов и напряжений, создаваемых с помощью специально используемого калибровочного генератора [52], в 50-100 раз меньше рабочих. Регистрация сигналов производилась на осциллограф TLS216, а сигналы от датчиков на осциллограф передавались по тем же кабельным трассам, что и в рабочем эксперименте.

Сопоставление сигналов производилось следующим образом. Для двух сигналов U\{i) и u2(i) вводилось скалярное произведение (щ, и2)=) Ui(t)u2(t)dt. В качестве меры совпадения форм сигналов принималась величина С=(щ, и2)1{{щ, щ)(щ, и2)) . При малых отличиях форм рассматриваемых сигналов удобно рассматривать меру относительного отличия сигналов S=(\-C ) . S является аналогом относительной погрешности при сравнении форм похожих сигналов. Сопоставление сигналов с опорных и калибруемых датчиков позволяло получить коэффициенты чувствительности последних. Результаты калибровки сигналов датчиков производной тока показали, что среднее по модулям отклонение формы калибруемого сигнала от формы опорного сигнала составляет 0,09.

При калибровке индуктивного делителя учитывалось, что калибруемый сигнал UL отличается от опорного сигнала UK на величину скорости изменения магнитного потока между датчиками, поскольку они измеряют напряжение в разных местах:

Конструкция индуктивного делителя ULLU, расположенного вблизи лайнера

Для создания однородных по составу нагрузок из вольфрама с неоднородным распределением линейной массы предложен принципиально новый метод, основанный на уменьшении диаметра отдельных участков проволок с помощью катодного распыления. В ходе разработки методики необходимо было в первую очередь выбрать рабочий газ, его давление, геометрию разряда для получения нужного профиля линейной массы, ток и напряжение разряда. Существенным фактором, влияющим на выбор типа и геометрии разряда, является то обстоятельство, что подвергать распылению необходимо сразу все проволоки в уже готовой лайнерной цилиндрической сборке. Рабочий газ и нужный диапазон параметров разряда (давление газа, ток, напряжение) подбираются с учетом материала и линейных размеров облучаемых объектов.

Как известно, при катодном распылении происходит выбивание атомов с поверхности катода под действием падающего на него потока ионов. Одной из основных характеристик процесса катодного распыления служит коэффициент распыления - величина, определяющая количество выбитых атомов, приходящихся на одну бомбардирующую частицу. Коэффициент распыления зависит от вещества атомов катодной мишени, заряда, массы и энергии падающих ионов. В нашем случае речь идёт об уменьшении диаметра вольфрамовых проволок (атомный вес вольфрама - 184 а.е.м.) на несколько микрон, для этой цели обычно используются ионы с энергией 0,1-1 кэВ [54]. Поэтому в качестве рабочего газа целесообразно применение тяжелого инертного газа ксенона (атомный вес - 131 а.е.м.), обладающего наибольшим коэффициентом распыления при бомбардировке вольфрама ионами с энергиями от 300 эВ, согласно многочисленным экспериментальным и расчетным данным [55].

В экспериментах по ионному распылению облучаемый объект может сильно нагреваться, поэтому часто необходимо организовывать его охлаждение. Однако конструкция лайнера не позволяет организовать теплоотвод. Следовательно, величина ионного тока на поверхность проволок лайнера должна быть такой, чтобы при длительном облучении (несколько часов) не произошло их разрушения вследствие сильного нагрева. Согласно проведенным оценкам, в нашем случае ток следует выбирать не превышающим значения порядка миллиампера.

Для реализации обозначенных выше условий лучше всего подходит тлеющий разряд в цилиндрической геометрии, где в качестве катода выступает лайнер. В процессе работы потребовалась оптимизация формы и размеров анодного электрода для создания у проволочного лайнера нужного распределения линейной массы. Так как линейная масса КПЛ в любом случае должна быть на экваторе меньше, чем у полюсов, то, очевидно, нужно будет «снимать массу» с проволок таким образом, чтобы диаметр каждой из них посередине высоты оказался в конечном итоге меньше, чем у концов. Данного эффекта можно достигнуть, установив анодный кольцевой электрод посередине высоты лайнера. Тогда возле данного участка проволок создается более сильное электрическое поле, чем у концов, а, следовательно, на его поверхность придется больший ток ионов, что в свою очередь приведет к его более интенсивному распылению по сравнению с участками на концах проволок.

С учетом выбранной геометрии и предполагаемых параметров разряда был разработан и сконструирован стенд для ионного распыления материала проволок, блок-схема которого представлена на рис.8.

Вакуумная камера 1 через трубопровод с клапаном 2 откачивается форвакуумным насосом 3 до остаточного давления 10" торр (для его измерения используется вакуумметр ВИТ-2, не показанный на схеме). После чего в камеру через игольчатый натекатель 4 напускается из объёма 5 рабочий газ - ксенон. Давление рабочего газа измеряется стрелочным вакуумметром 6 (барометрически скомпенсированный датчик абсолютного давления CG16K).

Цилиндрический проволочный лайнер 7 закреплен внутри камеры на специальной подвесной конструкции 8. От источника питания ИП на лайнер подаётся отрицательный относительно электрода 9 потенциал. Для ограничения тока разряда в электрическую цепь установки включено сопротивление R. Ток в цепи измеряется миллиамперметром постоянного тока типа М265М, а напряжение между катодом и анодом - цифровым мультиметром Mastech MY62.

На рис.9 показан сборочный чертеж вакуумной камеры. Корпус камеры представляет собой полую оболочку цилиндрической формы из стали СТ-3 диаметром 140 мм, высотой 120 мм с толщиной стенки 21 мм. Четыре смотровых окна 3 в боковой поверхности камеры 1 позволяют наблюдать за разрядом. Переходный патрубок 5, обеспечивает сообщение объёма камеры с форвакуумным насосом и натекателем, другой патрубок 6 - со стрелочным вакуумметром. ионного тока, она закрыта полиэтиленовым кожухом 13. В одном из смотровых окон 3 установлен токоввод 14, соединяемый тонким гибким проводом (не показан на чертеже) с кольцевым электродом 16 (на чертеже показано простое тонкое кольцо из латуни). Все поверхности кольцевого электрода, кроме внутренних (обращенных к лайнеру), также следует закрывать изоляционным материалом. Поэтому электрод располагается на полиэтиленовой подставке 15, поддерживаемой двумя штырями 17, которые, в свою очередь, установлены на платформе 18. Платформа «сидит» на стержне с резьбой, расположенном на оси камеры, что позволяет менять расположение кольца по высоте.

Катодное распыление в тлеющем разряде. Геометрия и параметры разряда

Аналогичные результаты дала обработка полученных в настоящей работе экспериментальных данных: расчетное напряжение хорошо согласуется с определенным экспериментально напряжением до достижения температуры плавления в случае вольфрама и при более высоких температурах в случае алюминия. При этом следует отметить, что, согласно расчетам, к моменту достижения максимума омического напряжения температура вещества проволок превышала температуру кипения. Максимальное напряжение на вольфрамовых нагрузках оказывалось примерно вдвое больше, чем на алюминиевых. После максимума напряжения, очевидно, существенным становится параллельное включение плазменной короны, сопротивление которой быстро падает вследствие быстрого расширения (за 2 не у вольфрама, за 4 не у алюминия).

«Резистивная фаза» в случае вольфрамового лайнера протекала в 3 раза быстрее по сравнению с алюминиевым лайнером, так как при одинаковой скорости нарастания тока в течение первых 5 не масса вольфрамовых проволок была в 2,4 раза меньше. Кроме того, алюминий обладает на порядок большей теплоемкостью по сравнению с вольфрамом, и, следовательно, нагревается значительно медленнее.

Ниже приведены электротехнические параметры в экспериментах с нагрузками из капроновых волокон (к.в. 025 мкм) с напылением. На выстрел №5382 (рис. 18а) была установлена сборка с напыленным висмутом (толщина напыления на каждое волокно А 0,3 мкм по всей высоте сборки /2=12 мм), на выстрел №5386 (рис.186) - с напыленным алюминием (толщина напыления на каждое волокно А 0,1 мкм по всей высоте сборки /2=15 мм). Также на графиках приведены расчетные напряжения, которые были вычислены по методу, изложенному в предыдущем разделе. Предполагалось, что ток протекает только по металлу, а теплопередачей от металла капрону можно

В обоих случаях профиль омического напряжения, полученный из расчёта, хорошо согласуется с полученным экспериментально профилем UR(t) до момента, когда согласно расчету вещество покрытия достигает температуры, равной или чуть больше температуры кипения металла. На лайнерах, металлизированных алюминием, эта температура достигала примерно 3500 К, а на лайнерах, металлизированных висмутом - 1850 К.

Согласно данным эксперимента, напряжение на нагрузке продолжало возрастать около наносекунды, пока не достигало максимального значения 130-140 кВ. При этом стоит заметить, что длина волокон с висмутовым напылением была несколько меньше.

Можно видеть, что длительность «резистивной фазы» в выстреле №5382 (висмутовое покрытие) была примерно в 2 раза меньше, а нагрев покрытия происходил еще быстрее, хотя масса напыленного висмута более чем в 10 раз превосходила массу напыленного алюминия. Однако теплоемкость алюминия на порядок превосходит теплоемкость висмута. Это означает, что если проводникам с вышеуказанными параметрами (см. таблицу 1) будет сообщено одинаковое количество энергии, то их температура вырастет примерно на одну и ту же величину. В экспериментах (выстрелы №5382 и №5386), результаты которых приведены на рис.18, темп введения энергии в лайнер с напыленным висмутом был в разы выше, что обнаруживается из сопоставления временных профилей тока и напряжения.

Измерения тока и напряжения были также проведены для лайнеров, составленных из 40 вольфрамовых проволок (W 06 мкм) с напылением висмута (толщина слоя А 1,0 мкм при высоте проволок /2=12 мм) и алюминия (толщина слоя А 0,4 мкм при высоте проволок /2=15 мм). При расчете омического напряжения по известному временному профилю тока токи через проволоку и напыленный слой, соответственно (все токи в расчете на одну проволоку); / - длина проволоки; Si, ті, рі(Т) и Cip(7) - сечение, масса, удельное сопротивление и теплоемкость проволоки; S2, т2, рг() и С2р(@) - аналогично для напыленного слоя. Т и - температуры проволоки и напыленного слоя, соответственно. Из приведенной системы уравнений следует соотношение откуда определяется связь температур Ти, после чего могут быть вычислены временные зависимости температур и сопротивлений проволоки и напыленного слоя, а также временной профиль напряжения на нагрузке.

Оценим масштабы локализации энергетических потерь на теплопроводность, для чего воспользуемся выражением в котором Х(Т) и Ср(7) - коэффициент теплопроводности и теплоемкость металла, в зависимости от температуры, п - плотность, т - время нагрева. При нагреве до 2М000 К за характерное время т 5 не для вольфрама и висмута, соответственно, имеем A?v 0,4 мкм, АгВі 0,2 мкм, что много меньше величин диаметра проволоки и толщины напыленного слоя висмута. Для алюминия Аг / 0,6 мкм. Это даже несколько больше толщины напыленного слоя, что говорит о существенном влиянии процессов теплопередачи между проволокой и напыленным слоем алюминия при их нагреве. С другой стороны, при разнице температур между проволокой и покрытием АТ=\Т-\ 100 К мощность потерь на теплопроводность PQ XdT/dr-S XAT-n0l/A 104 Вт, в то время как сообщаемая проводникам электрическая мощность 10 -10 Вт. Таким образом, для конкретных условий эксперимента и параметров нагрузок выбранная методика расчета в указанном временном интервале не давала существенных ошибок.

На рис.19 показаны профили тока и напряжения U-R, полученные в эксперименте со сборкой с напыленным висмутом, а также расчетные временные зависимости напряжения (рис. 19а), температуры вольфрамовых проволок, температуры нанесенного на них слоя висмута, распределение тока между проволокой и слоем висмута (рис.196). Расчетное напряжение хорошо согласуется с экспериментальным вплоть до момента, когда покрытие оказалось нагретым до температуры 1850 К, что выше его точки кипения. При этом температура вольфрамовой проволоки составляла около 3000 К. Более интенсивный нагрев вольфрама вызван тем, что значительная часть тока протекала по проволоке, так как она обладала много меньшим сопротивлением по сравнению с напыленным на нее висмутовым слоем.

У нагрузок из вольфрамовых проволок с напыленным алюминием расхождение расчетного напряжения с экспериментально определенным начиналось с момента, когда алюминий достиг температуры кипения Гкип 2792 К (рис.20). Согласно расчету, в первые 3,5 не после начала тока темп нагрева проволоки и покрытия почти одинаков, несмотря на то, что через алюминиевое покрытие протекало порядка трети тока генератора, а масса покрытия составляла всего лишь 3,9% от общей массы нагрузки. Далее вплоть до момента пробоя проволок, по-видимому, начинают играть роль процессы, неучтенные в расчете: теплообмен между материалом покрытия и проволокой, образование плазменной короны вокруг проволоки.

Исследование стадии инициации проволочных и волоконных лайнеров на установке ангара-5-1 с помощью электротехнических диагностик

Изображения излучающей области пинча в выстреле №5466, полученные с помощью интегральных по времени камер-обскур, показаны на рис. 25. На обоих изображениях можно выделить яркую область в районе центра сферы (показана пунктиром). На рис.256 также показано радиальное распределение яркости изображения В в относительных единицах. Из распределения яркости изображения оценен радиальный размер интенсивно излучающего образования, составивший приблизительно 5 мм.

Можно рассчитать минимальное значение потока мощности МРИ, отнеся зарегистрированную в выстреле №5466 мощность излучения тах 1,3 ТВт к площади поверхности излучающей области, которая, в свою очередь, может быть оценена по результату обработки обскурограмм. Предполагая, что источник излучения - шар диаметром i 5 мм (размеры излучающей области на изображениях меньше, так как межэлектродный зазор частично перекрыт кольцами растягивающего электрода), имеем: WmaJ(ATi(dl2) )-1,7 ТВт/см . Согласно оценкам, произведенным на основании экспериментальных данных работы [37], в результате сжатия цилиндрического вольфрамового лайнера диаметром 20 мм и массой 330 мкг поток мощности МРИ составлял около 0,7 ТВт/см . Таким образом, поток мощности при имплозии вольфрамовых КПЛ с профилированной массой, в 2-3 раза превышает аналогичную величину, получаемую в случае вольфрамовых цилиндрических лайнеров того же диаметра.

Дальнейшая оптимизация данного типа нагрузок связана, в первую очередь, с более тщательным изготовлением формы КПЛ. Варьируя диаметр проволок, используемых в сборке, и их число, можно добиться согласования массы КПЛ с импульсом тока установки, что должно позволить добиться более компактного сферического сжатия.

Таким образом, в результате экспериментального исследования вложения электрической энергии генератора Ангара-5-1 в проволочные сборки различных типов на начальной стадии протекания тока предложены методы оптимизации параметров многопроволочных сборок, используемых для генерации мощных импульсов МРИ. Кроме того, была разработана технология формирования у проволочных нагрузок заданного распределения линейной массы по высоте, необходимого для осуществления сферической токовой имплозии.

Кратко суммируем основные результаты и выводы диссертационной работы: Создан датчик для измерения напряжения на расстоянии 45 мм от оси лайнера на установке Ангара-5-1 с временным разрешением 1 не. Экспериментально измерена энергия, вложенная на начальной стадии имплозии (стадии инициации) в цилиндрические проволочные и волоконные лайнеры с напыленным на поверхность металлическим покрытием. Показано, что предварительное напыление висмута на поверхность лайнера из вольфрамовых проволок позволяет существенно повысить энерговклад в проволоки до пробоя. Средняя энергия, вложенная в проволоку до плазмообразования на лайнерах из вольфрамовых проволок с напыленным слоем висмута составляла 25±3 эВ/атом, что почти вдвое выше, чем на лайнерах из вольфрамовых проволок без напыления. Показано, что напыление алюминия на вольфрамовые проволоки дает энерговклад в проволоку 7,8±0,9 эВ/атом.

Показано, что предварительное напыление висмута на поверхность проволочных и волоконных лайнеров целью повышения энерговклада в них на начальной стадии имплозии является более эффективным, чем предварительное напыление алюминия. Разработана технология формирования заданного профиля линейной массы у лайнеров из однородных вольфрамовых проволок. Создан стенд, подобраны конфигурации электродов, параметры разряда (давление рабочего газа, ток, напряжение) и длительность разряда для получения заданного распределения линейной массы лайнера.

Разработана методика измерения распределения диаметра проволок лайнера по высоте после обработки в разряде.

Изготовлены проволочные лайнеры из вольфрама с распределением линейной массы, меняющимся по высоте в пределах от 260 мкг/см на половине высоты проволок до 420 мкг/см у электродов.

Проведены эксперименты по имплозии КПЛ с распределением линейной массы на установке Ангара-5-1. Поток мощности МРИ из центральной области при сжатии таких лайнеров в 2-3 раза выше, чем при сжатии цилиндрических сборок такого же диаметра.

Полученные результаты представляют большой практический интерес в таких актуальных областях науки и техники, как: исследование свойств веществ при экстремальных динамических нагрузках; оптимизация конструкции и параметров многопроволочных сборок, в том числе и квазисферических сборок, предназначенных для генерации мощных импульсов МРИ; изготовление проволочных лайнеров из вольфрама с заданным распределением линейной массы вдоль высоты; ИТС, проверки расчетных схем, описывающих сжатие многопроволочных сборок для создания излучателей с большим выходом МРИ.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю Георгию Михайловичу Олейнику за научное руководство работой, за всесторонний опыт, приобретенный автором за годы сотрудничества, за здравую критику при обсуждении результатов экспериментов и диссертации.

Автор благодарен директору отделения физики токонесущей плазмы ГНЦ РФ ТРИНИТИ Евгению Валентиновичу Грабовскому за обсуждение концептуальных вопросов постановки настоящей работы, постоянную поддержку, критические замечания и неизменную благожелательность. Автор также благодарит сотрудников отделения физики токонесущей плазмы ГНЦ РФ ТРИНИТИ Владимира Васильевича Александрова, Аркадия Николаевича Грицука, Игоря Николаевича Фролова и Константина Николаевича Митрофанова за полезные обсуждения результатов экспериментов и всевозможную помощь.

Отдельное спасибо хочется сказать сотрудникам ГНЦ РФ ТРИНИТИ Роману Николаевичу Родионову и Владимиру Андреевичу Барсуку за неоценимую помощь в получении данных об изменении диаметра вдоль длины проволок и за изготовление лайнерных нагрузок с напылением. Также хотелось бы выразить свою признательность всему коллективу установки Ангара-5-1 за техническое обслуживание и помощь в проведении экспериментов.

Похожие диссертации на Оптимизация многопроволочных лайнеров для создания мощного источника мягкого рентгеновского излучения на основе Z-пинча