Strømkompresjonsgenerator

Cutaway-modell av en flytkompresjonsgenerator

Den fluks kompresjon generatoren er en pyroteknisk drevet pulsgenerator for engangs, kortsiktige generering av en høy magnetisk fluks, og en elektrisk puls med høy effekt .

I kombinasjon med en virator , som mates av strømningskompresjonsgeneratoren, kan en kraftig elektromagnetisk puls (EMP) genereres for å forstyrre elektroniske enheter som radarsystemer eller radiosystemer eller for å gjøre dem permanent ubrukelige.

Pulsvarigheten er i området fra noen få 100  ns til noen mikrosekunder, den kortvarige toppeffekten som kan oppnås er opp til noen gigawatt, avhengig av type .

Den ble opprinnelig brukt til eksperimenter med høy magnetisk flytdensitet og senere i elektronisk krigføring . Den brukes på styrte missiler i kombinasjon med en Vircator for Electronic Countermeasures (ECM).

De første strømningskompresjonsgeneratorene (MK-1) og viktig arbeid med dette ble utført i Sovjetunionen i Sarov i det daværende objektet КБ-1 (i dag det russiske føderale nukleare senteret / All-Russian Scientific Research Institute for Experimental Physics , РФЯЦ-НИИЭФ eller RFJaZ-WNIIEF) tidlig på 1950-tallet. Utviklet seg rundt Andrei Dmitrievich Sakharov . Lignende generatorer ble senere implementert på Los Alamos National Laboratory (LANL) i USA.

Arbeidsprinsipp

Skjematisk fremstilling og sekvens av en spiralformet flytkompresjonsgenerator
Tverrsnitt av en diskformet strømningskomprimeringsgenerator

Det funksjonelle prinsippet til en pulsgenerator er basert på det faktum at en strømførende leder, designet som en lukket lederløkke, for eksempel i form av en spole , først forårsaker et magnetfelt .

Den magnetiske energien som er lagret i dette magnetfeltet i spolen, er lineært avhengig av induktansen til lederløkken og kvadratet til den elektriske strømmen . Hvis induktansen eller rommet til magnetfeltet nå reduseres eller komprimeres tilstrekkelig raskt av en ekstern kraft, opprettholdes feltet og magnetisk flytdensitet øker. Siden det arbeides mot den magnetiske kraften, øker feltenergien til og med. Denne kraften genereres i en strømningskompresjonsgenerator ved hjelp av en detonasjon av kjemiske eksplosiver . Jo raskere kompresjonsprosessen er, desto høyere blir øyeblikkelig ytelse. En flytkomprimeringsgenerator kan bare brukes en gang da hele enheten ødelegges i eksplosjonen.

For eksempel tjener tidligere ladede kondensatorer , som blir utladet via spolen, som den første energikilden for å etablere en strømstrøm i lederløkken . Når den maksimale strømmen er nådd i spolen (vanligvis noen få kA ), blir den eksplosive ladningen antent, hvorved spolen først kortsluttes på inngangssiden og deretter reduseres i størrelse. Prosessene foregår vanligvis i mikrosekundområdet. Hvis det skal genereres høyspenningsimpulser, må den kortsluttede og reduserte spolen endelig åpnes for lasten.

konstruksjon

I hovedsak er tre forskjellige varianter kjent:

Slisset rør

Den eldste utformingen av generatoren, kalt MK-1 av oppfinneren Sakharov, består av et langsgående kobberrør omgitt av en spole og eksplosiver. Den elektriske spolen innebygd i eksplosiver, matet av kondensatorutladning, skaper et aksialt parallelt felt i røret. Dette er mulig fordi røret er spaltet, dvs. ikke lukket, og feltet kan derfor trenge inn. Den magnetiske fluksen inne i røret beholdes under detonasjonen, fordi kobberrøret nå er komprimert, den langsgående spalten lukkes og det opprettes en raskt innsnevrende kortslutningsring der magnetisk flytdensitet øker. Når metallrøret komprimeres, oppstår en spesielt høy magnetisk flytdensitet kort før det blir smalere til null . Eksperimenter er plassert inne i røret og til slutt ødelegges med detonasjonen.

Med denne designen var det allerede mulig på 1950-tallet å oppnå magnetiske flytdensiteter på rundt 150 Tesla som tidligere var uoppnåelige  . Elektrisk tapping av øyeblikkelig kraft er ikke mulig med denne typen generatorer.

Trykket som sprengstoffet skal påføre mot feltet i kobberrøret er allerede 40000 bar ved 100 Tesla  og vokser kvadratisk med flytetettheten.

Arrangementet brukes til høyfeltforsøk opp til 1000 Tesla.

Helical flow komprimeringsgenerator

Helical Flow Compression Generator, eller MK-2, er konstruert på samme måte, men fungerer helt annerledes. Sprengstoffene er plassert inne i et ikke-spaltet kobberrør. Det er en spole rundt den, hvis returleder er kobberrøret under den første tilførselen. Når strøm tilføres fra en kondensator, sprer magnetfeltet seg hovedsakelig mellom kobberrøret og spolen - det kan ikke trenge gjennom det indre av kobberrøret i løpet av den korte varigheten av utladningen. Sprengstoffet blir antent i enden av røret / spolen. Detonasjonsbølgen skyver kobberrøret kontinuerlig ut i spolen og kortslutter det. Det er en konstant forkortelse av spolen og dermed en økning i strømmen, flytetettheten og feltenergien. Når slutten er nådd, har strømmen nådd sitt maksimum. Når energien er maksimalt, kan en impuls leveres til en ekstern belastning utenfor eksplosjonssonen, ved at den eksplosive fronten åpner en bro som har opprettholdt kortslutningen til da. Pulsen kan for eksempel leveres til en vircator eller til et ytterligere kompresjonstrinn via et pulsformingsnettverk . Maksimal pulsstrøm er opptil 100  MA .

Skiveformet flytkompresjonsgenerator

I denne relativt komplekse strukturen er det flere skiver langs en akse som inneholder hulrom i strukturen. Disse hulrommene er foret med kobber, er åpne mot utsiden og inneholder det tangensielle magnetfeltet etter mating, for eksempel fra en oppstrøms spiralformet flukskompresjonsgenerator. Arrangementet er fylt med sprengstoff rundt. Sprengstoffene mellom hulrommene utløses etter hverandre av sine egne tenningsinnretninger, med utgangspunkt fra aksen. Magnetfeltet skyves utover i de smalere områdene i hulrommene. Maksimal pulsstrøm med dette arrangementet er opptil 250  MA . Når energien er på sitt maksimum, kan en impuls sendes til en ekstern belastning utenfor eksplosjonssonen, ved at strømstyrken åpner en slags sikring, som inntil da har opprettholdt kortslutningen til koaksial lederkretsen.

For materialforskning og undersøkelse av plasmaer og sjokkbølger ble for eksempel en kort, ledende, lukket hul sylinder (referert til som en foring , dimensjoner i centimeterområdet) aksialt krysset av den genererte strømpulsen. Siden interiøret er feltfritt, komprimeres det voldsomt av det omkringliggende magnetfeltet før det også fordamper. Inne i den er enten eksperimenter plassert eller den forblir tom. Med tynnveggede aluminiumsylindere kan implosjonshastigheter på flere 100 km / s oppnås. Når materialet kolliderer med seg selv, opprettes veldig varme plasmaer som blant annet avgir myke røntgenpulser.

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ LL Altgilbers, MDJ Brown, I. Grishnaev, BM Novac, IR Smith, Y. Tkach, I. Tkach: Magnetocumulative Generators (=  Shock Wave and High Pressure Phenomena ). Springer-Verlag, 2000, ISBN 0-387-98786-X , doi : 10.1007 / 978-1-4612-1232-4 .
  2. ↑ a b c d e Lab-to-Lab, Scientific Collaborations Between Los Alamos and Arzamas-16. Hentet 18. mars 2015 .