Экспериментальное исследование микросекундного плазменного прерывателя тока тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Российский научный центр "Курчатовский институт"

На правах рукописи . УДК '537.621

УШАКОВ Андрей Георгиевич

' ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСЕКУНДНОГО ПЛАЗМЕННОГО , ПРЕРЫВАТЕЛЯ ТОКА

01.04.08 — физика и химия плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических нау&

Москва — 1992

Работа выношена в Россейскоы Научном Пэнтрэ "Курчатовский институт*

НаучыгВ руководитель: Д.П.Еахатов

Официальные оппонента: доктор фгизшэ-катематнческкх наук Г.В.Волин (РЩ "Курчатовский КЕстатут*) каштЕда? ©гзшю-йатвиатгчвскгх наук Е.Д.Янковский (Научно-исследовательский Центр Теплофизика Импульсных Воздействия; Научного Объединения ЙВТАН. г. Иосквз).

Ведущая организация: Институт сельноточяой Электроники, г.Тсыск

Завита состоится "_* _1Э92 г. в 10 час.

на заседании специализированного совета в Российское Научном Центре "Курчатовский институт", по адресу: Москва, 123182, пл. Курчатова, дЛ.

С жссзртацией можно оангхоштъся в сгблиотеке РЩ "Курчатовский институт*

Автореферат разослан "_" _1Э92 г.

Ученый секретарь спеинализированного

совета д.ф-ы.н. /^^/^^¿^^.В.Карташев

е.!

) í"; '

csat'i ядотдагестка здвош.

"кгг/лхьъооть проблем. Итульснне снстеш большой модности ямяотся В9Ш1«ЯпчЯ часть» современных научно-технических программ. Ото прографи оеупоствлвкил киврцизлькпгг» тг^'оллбрпого синтеза, создания рзнтгвмовскях лазеров, рентгеновской латографш, ПрГО«НвН.ЧЯ пукоп »лэмеитярлкх частиц к рентгеновского кзлучещщ п йогах прокшлешах технологиях.

Нспользозаш» а мошнзас кшульсних генераторах пэротчного емкостного накошгалч энергии часто ез имеет ' альтернатива. ( Еккоогной накопитель представляет собой или быструю коядансаторнув' Сатаров 'ПГГ) или генератор Маркса (ГШ)). Энергия, запасенная в гаком накопителе,. должна Сыть наделена в нагрузка за времена десятки наносекунд, что невозможно сделать напрямую пра энергиях няксютолза порядка I № и Оолев. Поатсм7 мевду накопителем (в большинстве с луч езз ГИН) а нагрузкой требуется поместить промежуточный обостритесь ио^аостп. До последнего времени в мсидаой импульсной технике наиболее развита обострили иозноота . па еодязшх формирующих линиях (установки' uerjgs-iit:, Pbfa-ii, Ангара). 'Ею! также развит другой способ обострения моинооти, ггрп ' котором ваергня первичного емкостного накопителя перекачивается в . индуктивный, в цепь которого включается элэизнт с нелинейным сопротивлением - взрцвавднйся проводник. Однако хшерщюнноом Езривпроводшпсов не позволяла пвреЯтн ко временем обострения косности, меньшим 100 кс. Иов-rtt толчок з развитии атях исследований дало прадлотаккв в 1Э85 г. Г.А.Месяца а Б.М.Козальчука - использовать в такой схема шесто взривпроводнака плазменный прерыватель тока (ППТ). Эти работа была pasismt на установках "Дубль", "Тайна", "ЮТ-4". Ранаа в I961-1984 гг. ППТ применялся в Военно-шрской Лаборатсрнз СКА для обострения мощности на выходе водяной формирующей линза. .

Дальнейший прогресс в этой области связан очевидно не столько

с решенной шгенарвых задач» сколько с пониманием детальной фазичесхой картшш работы ГШ', связанной с протеканием тока по плазме на различных стадиях его работы. t

Наотогазая работа гаюла целью получение новых данных, которм доля Си возможность более определенно судить о механизма р&Оотн ППТ. Это данные о: I) возможностях плазмшшой пврешчкк пропускать через себя б слыли плотности потока г.норпа ; 2) динамике конной эрозия плазш, анэргач ч массовом состава конов, ускоряемых в ШП, 3) временном н пространственном распределении алектрачеоких полз® ъ влазыэ. 4) влиянии внешних машятннх полей па работу ППТ.

Научная новизна работы зяпхх-чвотси в ояздуаазн.

Был шотовлеи эксперимент с щротяхетшм" (аксиальная дакаа больше радиуса карукнего елактродз) ШГ, в которой установлена фундаментальная величина, хар&ктеризутая работу ППТ, - предельная плотность заряда, пропускаемого через ПГГГ (1-3 М(Г3 Кл/сы3.

С помощью ыасс-внергетаческого анализа ионных потоков в ППТ показано, что зкоргия новое, генерируемых в Ш1 в иоыонт оСрина тока, соответствует значении напр/кення, развиваемому на ПШ\ в этот момент ьреыени.

Мононт резкого уьсдичвния свечения плазма ШИ коррелирует о появлением ионного тока на катод ГШ.

Резкая граница свечений плазш, ъотото овздотельствувдая о неоднородности концентрации штзмн. дшаштся. со скоростью КГ ет/с а радиальном направлении к анода ПГГГ в процессе накопления знерпш, к ысманту разрешил анад~катодш2 зазор практически полностью расчищается от свечения.

Шя поставлен екопэрименг по двухсторонней запиткэ коаксиального ШГ током, в котором ^бшкг показано, что здактродазашчаскоа ускорение плазцц в ШГ не является шооходишм условием обрыва тока.

Впервые были измерены временное н пространственное распределения электрических полей в плазме ГШТ с использованием бэсконгпктта иэтодоя диагностики - по ятарковакому уширению лита Еодсрода На. I) измерениях пя ра^гпшх стадиях протекания тока в ПГГГ впервые зарегистрированы локальные электрические поля: низкочастотные (ксазистетические) с У-<10-20> кВ/см, 'гнсскочасто-гане и квагмпостоянше еяектричесхив поля с г- (20-35) кВ/см.

Шурине для сведения к мюсшуму влектроиных утечек н увеличения импеданса ППТ при оОеих полярностях было предложено и осуществлено наложение тоепмаго азимутального магнитного поля.

Прзкпгчесхая ценность работы. Представленные в дисоертадаз экспериментальные результат позволяют получать значительные величины обострения мовдости а умножения напряжения а предложить некие схемы ППТ- Схема ШГГ с магнитной изоляцией зазора азимутальным полем позволила предложить я создать новый класо ускорителеП о ППТ (а/с ГШ 102142, 1653525). Полученные результата били таете впервые прнменени при создании частотного генератора тормозного рентгеновского излучения яа основе индуктивного накопителя с ГШТ.

Проведенные исследования подтверждают возможность совместить в ШГГ функций диода и генератора высокого напряжения для получения ионных потоков высоких энергия.

Основные положения, представляемые к запдагв.

1. На основе экспериментов с ППТ различных геометрия установлена предельная плотность заряда ч-{1-2)*10~3 Кл/сн2, которую нп стадии накопления анэргии может пропустить через себя плазменная перемычка ППТ.

2. Предложена канальная концепция работа ППТ позволяет описать большинство экспериментальных закономерностей работа как

з

ыакросвкундша, так и наносекундах ГИК'.

3. Даккш оптически в зондових иооледовпимй ШГ хюзЕсшин; проанализировать диньылку СБачешш алаыш ГИТ к „установить связь мэзду свечением тшазш и. ношшм токои ва катод ПЯТ.

4. Различными знопврииентблъныыи методами, в тоу чсаяе посредством масо-вивргетмческого анализа аонных потоков, геиарируених s ПИТ, устаиоапока связь ¡¿оэду ьнергией zauos па стадии разпикания и напряжение« на ШТ.

5. Предлагала я ооудйствязна схема Магниткой гзмяцйи электронов ьзиздтальшш иодом от дополнительного источнике, ваявдая ряд преимуществ ш орааивни» с сдастБупдиул.

G. В результате ъкспврзддэнтов по исследовании иторковекогс уиире ккя .та иди водорода зарегистрирована локал ыша

алзктрическшз поля ь шшйкз ШЫ, показано срсстрЕнетвенноа к .временное распредвлокао этих нолей.

Двребадия работе. Результата дзссвртацки (i-1'3] докладывались к обсуаделиоь на Международно« Рабочем Ссйваанпм по Флзике. и Технике Нощш. Прерцвателой Тска . (Новосибирск, isyí>>; VIH Всесоюзной Симпозиума по Сильноточной Электронике (Свердлове!, 1300 г.); vril и^адуаародной Ков1яреш;ш1 по Ыоцнкм Пучкам Оаряжешшх Частиц (Новосибирск IDOO г.); I4~w Ыездународноа С&пюзиуыэ по Разрядам и Электрической Изолят*и в Вакуума (Скнта-4е, США I'jOü г.); V Всесоюзном Соиовдшш по Диагностике Высокотемпературной Плазма (Цянск, 1090 г.); 18-й Международной Кои&эренщш по виаике .Плазмы (Вилькмсберг, CHÍA, 1991 г.i; XI Иэздународной Конференции по Яаланаяы в Ионизованных Газах (Нааа, Италия 1С-У1 г.); Всесоюзных Конференциях по «Кизика Плазш Е Л'О (Звенигород, I9S0, 1901 гг. 1, i и II Цеадународанх {Зхолах по еизмка Плаакы к УТС (Устъ-Нарва 198Э г., Дагомыс 1991 г.).

Стру-а-угрз » oôtsLj ».¡woeptarpta. Диссертация состоит из введения, б-та глза и заключения, содержит страниц, в том

числе страниц основного текста, риоунков, 2 таблицы,

список литерятури из ЕазваниЯ.

СОДЕКШИЕ ДПССЕтЦЕЯ

Во ввадевет " показана актуальность ггредст8ыие>ды исследований, поставлена задача и сформулированы аашдавмиз положения.

В первой гллзз приводится обзор вксперимантальных результатов, полученаах прз исследованиях шасросакундншс п наносокундша плазменянх прерывателей тока, приводятся параметра основных генераторов различим лабораторий, использувзах ШТГ. Отмечаются эксперименты по измерении динамики токопяреноса, сделанные как для ышсросекундшх так и для наносекундах ПГГГ, эксперименте по исследовали» ионных потоков, свечения ШТГ, зависимости от концентрации плззш, проведенные различишь лабораториями.

Во второй глхва приездеш результаты энергетического и массового анализа электронных и ионных потоков в ПОТ, полученных на установке "Глгр-2" при геометрии ппт в вида плоского плазмонзаолненного диода. Энергия ионов в ППТ первоначально оценивалась по задержке ионного токового сигнала относительно импульса напряжения на цилиндр Фарадая и го ослаблению атого сигнала лавсановым фильтром, а также методом парабол Томсона, используя масс- знвргетическиЯ; анализатор о временным разрешением.

С помощь» атого анализатора получены следа ионов различных масс и энергий, приходяащх б различные моменты времени. Прз этой можно сращивать получетшз значения - анергиЯ о еа оценками по времени пролета. Измерения показали, что анергия, приобретаемая ионами в ППТ на стадии обрыва тока, соответствует напряжению.

генерируемому па ЮТ в »точ иошат. с помоаьв есеной осскурц дал данной геометрии ПОТ вит получены следи юно» ороэаа us отадат: разгона тока.

- На установке "Тайна" проделан в.тсшришат по язухеторопяэй зопитке ПИТ ïokom, который показал, что элактродянаничеокоо ускорение плазменной порешчкн не зшяявтоя необходимым услошэи для обрыва тока.

В третьей гдгии рассматривались эксперимента по данашшв свечения плазш, вшше&кев ее связи с ароцвоооы пратекаяоя ионных токоа орозви в ППТ ж получению информации с распрздалешга электрических целей в плазш ШТГ г,а основе анализа уииротшй контуров ссэктралызых линий.

Анализ полученных осциллограф; тока, накопителя lQ показыпаег, что при некоторой величине тока, З'.ф, ( рисЛ-а)»наблюдаются »начителънне отклонониа от тока короткого замыкания контура к появляется попкна сигнал по катод ШТГ. который сохраняется по мере нарастания тока; (рло.1-0). При той перед размыканием наблюдается унаньшоние конного тока.что L'osai свидетельствовать оо ограниченна эмиссии анодной юазшг. Ионный ток нэ регистрируется (рксЛ-в) за сшш разгона тока в ¡вакаштвле на расстоянии от ШТГ в сторону нагрузки Оольаам IS ей , что сгадзтелъствует о незначительном смещении плаэызкноВ п^рсьаггкп. Эти результаты пезьоланк угаврадать, что ГИГ рабства т в эрозионной режима, где под эрозией понимается обеднение тааомы ноиаш.

На рно Л-а приведена линейная развертка сеочсния радяалького зазора а спектральная области, соответствующей дшвш етсиараого водорода Нд , В атом эксперименте Оидо показано, что начало раагоранид линии IL^ скорреларовано о началом эрозионного npouscoa tfi - иоьантои ззрамапн, когдь появляется ток на ионный зонд. 5£ачалу ионного сигнала соответствует начало отклонения кривой полного токз от сапуооздального закспа. После заполпашш свечением всего зазора, гршща евзчешм со скоростью 10' см/с отходит от

в

Ооциллогрвшы:

5.-1 -ток короткого зшйжйнкя 10- контура, Е- ток черев ПЕГ. Га-момэн? начала арозги, Тр-ыоквнт размыкания. П-нонныЯ ток на катод ППТ, зонд устанавливался непосредственно ' вСлнза ППТ.

В - тс Ев, но зонд устанавливался на расстояний 15 см от ППТ я сторону нагрузки.

Г-щелевая развертка свечения аяод-катодаого промежутка ППТ в свете линии Цд.

центрального электрода 2 к паяэвту рааншсяшл зазор сочтг полностью расчищается о? оеэчэнил. В дальнейшем рязвврттш свачонвл зазора Ошш подучеш при увалетлшш кощентраияк ндазш. Копцвнтрацая регулировалась нутом клшавняя аарддаого нанряжанил ва конденсатора!, ютажда шшзизнние иааюктсры 1ГО, При больпэЯ концентрат® вроыя от начала токл до ыоменто начала • свбчошл, а следовательно к врозин. возрастает'. Дальнейшее увеличение концентрации приводит к тому, что разшканкв на наблюдается. Дополнателыша исследования показали, что ушнывеняе ЕнтснсиЕноста евзчешщ ланий Нц по всей вероятности на связано с оо шгораниеы, а определяется уыанънвшюи концентраций цаагиы.

Дал получения информация с локализаций алекгричеоал пол?!; ъ зазоре ППТ бшш продалаш вкспариизвтк по -регистрации итаркоьскж контуров линии Ц,. Спактрохрояогрсаш пггврфврешисшаа порядков приведены ня рас.г-а. какдш? аз 3- х ^армируется еввтои

от различных но радздоу областей плвзми.соотавляшк приблизительно 1/3 зазора Фотометраровашэ. далънбйа&я обработка и анализ спвкграхронограма ароводшшоь на автоматическом иафоденситомегре н ЭЕЦ.

В результата обработки" -иатврфорвкционак порядков 1южаа щцвлять три типа контуров 'лиаии :

I. Узкий контур о ватжэдгтныа 'кршгшя (р2С.2-б) бмд аарегЕотрировгш на порядке, наиболее близко раегголоаанноы каноду с на сгреднац порядке сразу сз посла -вогишкаовзная оьочаиия. Текса вид контура сохранялся в течзане 400-600 по.

3. Изрезанный контур с . кеокольмша рашоототсяцшз шкша <рцс.2-в) набладался волнзи и во вроия разиыкаажя ка порядка .сеткаШт к аноду.

3. Контур о ярко шраганншн сишазтрачно расЕкикйаншш;. Ооьсовша шкакц <рао.2-г). Такой контур ллнкй регистрировался как правило на йишайаец к аноду ж ерздкзи щиер$зрекцшзш10-й порядках спустя 400-500 не поаяо начала свечения ц набладался а тэтанаэ

в

?ис.з.

?азА>лчкае тали ушрешя контуров лекяи нд и и хроотранственао-врвивгазя привязка. Осциллограммы: А- ток через ШТ. Б - ионныа ток па зонд, установленный под ПОТ; в-развартка :ввчения трех интерференциошшх порядков, Г - 1,2,3, - типы гантуров линии Нд.

300-400 но. Привязка ра&янчшх тагов контуров к спектрохронограмме схематически показана на рис.2-а.

Наличие контуров о выразешшш аакетргапаш боковыми кикоаш говорит о том» чтс'в плазма в некоторые конвктн зреыени оущаотвуеч1 квазипостояиное электрическое поле (т.&. поле, время кзменанкя которого много ооль«а не только времена формирования атарковского профиля, но и времени разрешения регистрирующей система). Напряженность поля и его направление определялись путем сравнения экспериментального контура с иодольнами, построенными для различии, значений однородного электрического поля, направленного под различными углиш к лучу зрения. В расчетах учитывалась доплеровское а хольцмарказское ужрзшаи Наилучшее совпадзызс расчетного контура о зксшришктальным наблюдается, когда направление электрического поля к луч зрзиия образуют острый угол !« 46°), в 81'¡а случаях мо&зо говорить о существовании продольной компоненты напряженности поля величиной (20-35) кВ/см.

Следует отметить, что приложенное к аасору ШТ напряжение (50-100) кВ даат значительно адзшдув среднюв по аазору напряженность алектрического шля» чем та, которая отмечена при анализе ктарка векш профшей данного типа. Это свидетельствует о локализации квазипостоянного елзктричесхого поля в области плазмы более узкой, чем шарикг*. зазора.

Таким образом в результате ировадвшшх исследований шерале по марковскому ушкренки линии водорода па различных стадиях протокшшл тока в ПОТ зарешсгрироаанн электрические паля: низкочастотные (квааиотатичесгав) о £»(10-20) кВ/су, впсокочастотшв и квазигостояикке олектричаскио поля с £» (20-35) ьВ/си; напряженность последаих имеет значительную аксиальную компоненту.

В четвертей тмва в развитие работ по получению максимального импеданса ГИТ было предложено наложение виелнг.го азимутального магнитного поля. Ото достигалось путем пропускания тока по

рис.а. -

Зхемз установка "Тайка" в зкспершэитз о , напитка® июладма з к гор а ППТ азимутальный нагштнш шлеи. Шфраш обозначены: [-високоьслъти? изолятор, г - ШЫ, 3- конденсатор ГйНа, 4-закуугшая комара, токоввода для тска генератора 10 я .тока, ;оз декад го магнитнув изоляцию 5 - заутренний электрод ППТ о хяэаыещшми икзекторами, 7 - иаругана здектрод ШТГ:

п

центральному адэктроду от дополнительного источника Грио.Э). В такой схът реализуется полное поглощений энергии в ПШ\ накопленной в индуктивном накопителе при обега. псилфкостях в отсутствие нагрузки. Наложение внешнего азимутального магнитного поля позволяет увеличить нгаедаио Ш1Г при обеих полярностях почти в два раза. При отрицательной полярности импеданс оказывается больше. Достоинствами данной схеш ГОЛ такка является то. что вшос плазин из области 13Ш" уже не влинат на икпедано нагрузки, т.к. они геометрически развязаны, а тага, а отсутствие ультрафиолетовой подовогки вакуумного изолятора, обычно снижаздаЕ его злзктропрочиость.

Таким образом наложение внешнего азшутального магнитного поля прямдит к существенному увеличению импедансе ППГ, а следовательно к большему обострению мощности первичного ежоотаого пакопателя.

В пятой г*квв проводится анализ ~ вкспвриментпльшх розультатоа. На его основе сформулированы канальная концепция работа ППГ, я физическая модель, описыващая механизм работе ГШ.

обобщая результата акспариментов, моею предлагать некоторую концепцию работы ШГ, которая предполагает разбиение плазменаой варемычки, черзз которую течет ток, на отдельные параллельно включенные каналы о конечным сопротивлением на стадах ерозиа и обрыва тока. При атон устанавливается ограничение на плотность пропускаемого через каждая канал заряда. Для пропускают на стадии накопления анергии большего заряда, т.е. увеличения амплитуда тока или времени его разгона, необходимо увеличивать геометрические размеры: диаметр клк длику. В эксперименте о "протяганным" ПГГГ показано, что по мере нарастания тока для его протекания захватывается все большая область ППТ, т.е. большее количество каналов. Эксперимент с "протяженным" ППГ позволил перейти от предельного заряда на пушку (канал) и линейной плотности заряда к поверхностной плотности заряда, прошедаего через ППГ за время

рсзгоаа toks от гкч-ипта шпала врозня до «сзиата раяшншкя, я 'которая составляет

q=»(!-3)*ш"3 Кл/ск2. Bornr-Efflia предэлъпого заряда характеризуя? ссдчсжости

плзаа! р2з?£яы."*<зл* tío ярспу сваям» Оольвих аяотноотва потока лнергта. Гост tc-ча я прл'.бки ого свода требует зовлечепнд в прицосо !гротз;:Еш<я тока бо/лазго чизда паралделыпа хепадоп, что пргдазтат иадепта жподанса. Кои; кат гкгаюотостн образования -zova. каналов, то обрыв тока наступает до дсстигевил ш цакспыуиа. П сдучве "норотдох'о" ППТ , тог канал, через которая протекает йожлш! ток, ряпьве увзличквгэт споэ сопротимеше уза па крозцслчо'Л стчдаи, что приводит к перераспределена*) тона яо гопала» п пфавчяэаа? креня перехода ах к стада оерига. Эта здодогая заяокака о охзкз по ежнхротгеацет гаогоиоду.тьша гостам пут-зч ег-йдзкил токовой свят? »'.азду отдельная иодуляаа. Ввлачвна игпрягвшм ркввазззгиго па 1ШТ в дяввсЯ схеме его работа покзт Суть оцеизпа

Ор » I*Rp ,

где Пр-н /п. гдэ п - тело каналов , п -сопротивление одного ?«йнслз, постсянйая налгана для данкоа госметрш ППТ . ПемаыЗ тек нск11э мокло авГИСвТЬ как

I - I"*п,

гдз t'^/^jj -тон чзрвз I канал ах.сцадьп lct£. По№э подстанотая тюлучгда.1

Waqri'/t,,,,. ' (I)

q - прздальпая плотность заряда через канал, tR3 - ьраня от начала зроеим до ¡scmta рвймакаяап.

На pao.'í пржэдвш расчетлив зегает-оотп тока Ш.ааряда чареа ШГ (Q) н кап рястам (Upi, раваяЕлдиего па ППГ,в отсутствия narpysKi з гыаойкостя от временя, йреяя рземахвная определяется тледои плаггтапинх ктаалсв. способных пропустать дантаЭ заряд. Пчето, что ушнкззниз вракана гведа прзеодат к уваетчзнзэ

I,fa»

Ш". ........ ..........yjw, / У

/ / ( / t } t

к /

/ ч, / ÍS t

/ S / / / S

«г.*

ы mam

ii пае;

t Kü

ш *í

-te

— _ «

—__ a*

«tí KK

i

/ / •v.

/ /

/ ✓ L¡r. , ,,

4 (3 IB (Ш

РИС.4.

Расчетное завнсиюоти тока I, заряда Q. напряжения на ШТ ь отсутствие нагрузки Up ( величины, привйдашшб на рис. 4-А, соответствуют параметра« установки "Тайна"); А- время ввода тока -2 мкс, амштитуда тока - 200 кА, Б - время ввода - 2 икс, амплитуда - 100 кА, В- время ввода - I мкс, амплитуда - 100 кА. Заряд измеряется условно числом плазменных пуиек, момент t^- моиент разшкания с OG-ю пушками на рис. 4-А и о 16-ю пушками - на рис. 4-0. t^-момент размыкания с 18-е пущами на ряс. 4-А, на рис. 4-D.

то же

и

аапрдаоЕял болов чек в 2 раза, чает обрив топа осуществляется s ап&сищт. lîo реализовать обрыв тока п максимум* ¡срайиз кзвыгсдно, т.к. сопротивление гот сально падает sa счет упелетвияд требуемого •числа плазменных каналов. Тех. при величине тока 0.3 от г-гплгтуды, иапрлгбнаэ почта » 1.5 разл оолъао, чей з ыахсдауию тока. *?еличвнив зелгшш тока при том не временя ввода, например, за счет увэлячвпмя напряжения а» ГШ», яа приводит к умдэтвщ® напряжения на ППТ.

Возможен путь пезняюнид напряжения за счет паслэдоватальпого г,:с«№>юш ППТ, тогда возрастание сопротжаленля прыитесна раыюсилыю уведпешгю радиального аааора. ВтороЗ асамохкиИ" вариант - за счет уменьшения времена ввода анергсэд, который рпализучтля яра поочередном иишчепп» ППТ.

Канальная когзцепцяя показывает, что перопектага создания тзравахтяих генераторов негздаоульного даепягона оскллчаются to.ti.ko а параллельно-поочередном включении модулей о ШГГ, прэтем •тело парплЕз.ьккх модулей должно бить иэнъЕа копМкщмита обострения фронта тока тл аакдем модуле.

йена параллельного соединения продемонстрирована на установках "Аигара-ЗС к "Та5па", поочередного - па установках "Лнгара-гс" и "ГЛ-4", пяраллельно-поочерэдного - на устгвоксз "ТИГР-ГГ (рнс.6).

Рассматривая гаханизи работы ШГГ, следует откатить, что й'зстоя достаточное количество вкопераменгвлыгах данянх. которое позволяет считать, что ППТ работает в ароэиошюм рзгшга. Эроззя хдазмп начинается, когда ток достигает величины пря котором начииаэт гтонлться условна,

bîs < гдд ила ^ (2)

®Й0 °Ре • г;'в ■iTCrmVïï №>еН/ко !э (2) следует, что тар « Зтсыу соответствует

эхепарэлвпталыша наблюдения, когда улалаченкв начальеой :с:ш»атра!гя плазма приводит s тону, что начало свечения ши йа<

РИС.Б-ч

Схема многомодульной установки "Тигр-И" в, вксперамантга. с параллелъно-поочэредиым включением: А - Схема модуля- второго каскада обострения мощности, Б - Схема установки.- Ц»1рамз1 обозначена: I - конденсатор, 2 - кошутирувдий разрядник, 3 -высоковольтщ*£ изолятор, 4 - токоьвод, б - тоновеод синхронизуицоЛ обратной связи, 6 - плазменные пушки ШТГ, 7 - ялния, тршсиортяруодая анергию, во второй каскад, 8 - вакуумная камера, 9- наружный влвктрод ШГ, 10 - внутренний электрод с плазма ниши инжекторами, II - диодный уавл.

1в

следовательно з зрозал, яачин£втс.ч игл больяпх. значеиш. раот«ского токз, т.о. по времени начинается позднее. ГГрл ипо.-кенот услсгая эиаагюгчеююста электронов больвяя чппт* тс::з рзиоснтся затем только ксиска. Концентрация шизии, рассчитанная, .з условия (2) прн токе около 100 кА, должна Сыть

п < ю13 сгГ3. (3)

'сля оцашть ковцаитрацаю из воягашы заряда, переда штата через ЛГ дг> jîoisenrs рззшкашя, tp, считая, что дополнительного остунлвния чеотнц э skw объел кет, то

п> 1014 СЦ~3. (4)

гаэать «заду собой условия (3) и (4) воаммио, вели предаолозять, то прн протекйшш тока происходит наработка шагш га счет сгсиацки нейтралов, концентрация которых в объеыэ пра ргбатавашш ннгчкторса плазш с поверхности пробоен ногат на орядок превгкаать концентрация шюзш. Ой этой свидетельствует £1к:э тот i£.skt, что ППГ успешно работав т пря напуска нейтрального эдорода в оСъсц до концентрации « I013 сц~3.

регистрируемое на опкте уменьшение свечения luiaaîa, ачпнагщееся от центрального электрода (катода), иозет быть бькспспо отрчвем плазш от него. Концентрация плагма умеикгяотсл ■чете со свечением от катода к эноду со скоростью Î07 сн/о. скорэпие ионов, поступага-цх о топлоешн . скоростямн lis обгеиа лазны, чозет происходить на гршшцз плазкы в двойном с-лое ила а олловско« полз, ьоскикагэдм на резком градиенте концентрации лаз!.ы без нарушения квагстзйтрмьЕости. >: Наличие статически лектрических полей, возмоию ответственных за ускорение ионов, арагистриронаио оптической методикой. Ускоренная кони нз иогут ¡¡звать зз угл времена возбуздвиие атомарного водорода и псгто:;у а р«атодаоЯ области, т.е. п тоД области, з которой ток пэре'йоснтся опанз, свэчепао отсутствует. Монет быстрого • уменываная тока -смант размыкания - определяется уходом всех донов нз зазора ППГ, .о. полним чиолои частиц пнгзктпровятза плазма. lia шолздпэЗ

стадии шпедаас определяется эмиссионной способностью анодной плазмы и геометрией иогаюго диода при условии магнитной толлинг электронов собственным током.

0СИ0НШ2 РЕЗУЛЬТАТУ И ВЫВОДУ.

1. В результате экспериментов с 1ПТГ различных геометрий установлена фундаментальная величина, характеризующая работу ППТ •• предельная плотность заряда а" » (1-2, »«ю-' Кл/см2, ' которую на стадии накопления аньргии может пропустить через оеОя плазменная порешчка ГШ.

2. Провоженные исоледования позволили сформулировать канальную коидогщию работа ПОТ. которая позволяет ошоать большинство ексдаримеит&яыдя. закономерностей работа как цикросекунданх, так и наносекундцых ППТ. Максимальное напряжение на НОТ определяется его геометрией и временем ввода анергии в соответствии с формулой (I). Перспективы создания тераваттшхх генераторов мегаджоульного диапазона заключается только в параллельно-иоочередном включении модулей о ПИТ.

3. Предложена и осуществлена новая конструкция ПГГГ, когда высоковольтный влактрод охватывает Еиутрв1ший, кь котором размещены плазменные пушки. Предложено в такой схоме пршонить внешнее азимутальное магнитное пола для магнитной изоляция ьлоктронов. Такая конструкция шеет ряд преимуществ по сравнению с существущши . Это позволило создать новый класо ускорителей о ПГГГ (а/с ии 1602342, 1653525). Полученные результаты били также впервые приманены при создании установки "ГС-20" - частотного генератора тормозного рентгеновского излучения на основе индуктивного накскштеля о ШТ.

4. Установлено, что граница свечения плазмы,свидетельствующая о неоднородности концентрации плазмы, движется со скоростью 10' см/с в радиальном направлении к аноду ППТ в процессе накопления

нергта; к нсмовту раэмнкштл зазор анод-катод ПИТ полноотью асчюаается от спечатал, что может сыть связано. с уменьшениям снцентрации плазга.

5.. О помсаьч неэагясимых дйягностичеоких методой-. » тс;; числа нервна о псмошм» '.'.scc-ьнпргетаческого анализа о временным «ранением показано, что анергия ионных потоков, генерируемых в "JT на стадии размыкания, соответствует паяряяанию па ППТ.

с. В эксперименте о двухсторонним вводом знергш ст двух вднтичяых модулей установки "Тайна" экспериментально показано, го злактродинамичоскоа ускорение плазменной перемычки не гаишатся юбходимым условием для обрыва тока.

7. D результате экспериментов по измерению локальных иктричаских полей в плазма ппт по птярковсксму уиирени» линии ¡дородз впервые ва различных стадиях протекания тска ipeníCTpitpoBaHH квазистатическиа а шсокочастотнне электрические ¡ля напряженностью (00-40) кВ/см, низкочастотные электрические 1ля напряженностью (10-20) кВ/см. Показано, что область «ализации электрических полай в токонесущей плазме ШЕГ «ествошо ианъше его аазора. Квэзмстатачостач поля имеют одольную компоненту. Исследована вреыашои а простразствзгго.'э спределения полей.

список работ, тшвпсовшш но так дассградвя.

Yu.P.Oolovßnov, G.I.Dolgaahav, L.P.Zcfcitov «t al. Density oreaae of Ion flow gsnorated in ourrcnt interrupting

itoh // International «oriishcp on phyelos and. íoohnique of high openirvj switches, Abstracto oí papera,Тотяк 19B9.P.36.

Yu.P.QolovfuwT, Q.X.Solg&ahev, L.P.Zatoitov at al. placa» rrent iatorrupting Ewitoh investigation with ssioroseoocd energy put to the lnluotiva otorejja // 1-at International oohool on usMiphysloe and 1С? líarva- Jieeuu, 198$.

В.П.Голованов, Г.И.Долгачав, Я.П.Закатов а др. Подучекнэ я шсиортирошса кошшх потоков в плазменном прерывателе тоха а ах ¡гностика // вднт, сер. Терм.сшгг., 1Э90, вал Л, с.31-33.

ю

4. Ю.П.Годоваасш, Г.К.Долгачав, Л.П.Оякатов к др. Уыышчеюк шотноота ионного потока, генерируемого и плазиакаом прерыватель тока П ШИТ, сэр. Терд.оянт., 1990, um.2. о.,40-42 Б. Ю.Н.Головавов, Г.И.Долгачав, Л.П.Эпкатое s др, Наоо-онергекпаский анализ потоков полоз о Брсшнпим раарскэнЕйи ; плазменной прерывателе тока // т Воеоошноа совавднпз ш диагностике высокотемпературной плагиы Тезисы докладов Минск,I9K о.гат-гов.

6. Ю.И.Голованов» Г.И.Далгачев, Л.П.Эакстов, 1.Г.Ушаков Рьс-ол плазшняого прерывателя тока в азиаут&шюц шташ пою // ВАНГ, Свр.ТбрЫ.СШНТ. 1990,ВЫП.3.о.,28-29.

7. n.Y.Ohlfcin, Xü.F.Oolciraaor, O.I.Dolgaohav et - al. Tin Kioroeaoorul pl&esa Current Interrupting Siritoh // VIII International Ooaierenoe on High, power particle Seaaa Hovoaibirel 1930, prooeoiir^e, p.1022-1025.

8. Ю.П.Головааоп, Г.И.Долгачав, Л.П.Закатоа е др. Наследована; адактричвсмк. полой в влязненаоы прерывателе тока со «Тарковской ударена» спектральных лши£ водорода // 43ша;з саав^ 1991, т .17, шп.7, С.7Э9-803.

9. Г.И.Додгачев, Л.П.Закатов, А.Г.У&аков Ыикрооекундаш шшзшнный нрериватель тока // Физика шшзш: 1991, т.17, еш.Ю, C.II7I-HÖ3.

10. L.K.Arsuwjfcufc, V.U.Babykin, A.ß.ChenienJto et al. plasma Opening Swlto'u Raecaroh in I.Y.Kurohatov Inatitute of Atomio Esargy /; International Oonieronoo on plaana Soienoa Santa Fe USA 1950

11. НЛ.ОШд, "¡¡U.B.Öolovanov. O.I.Dolgaohev et al. Eleotrii Field Invcati^ation la tho plaanл Current Interrupting Suitob. fcj Hydrogen Linea Stark Broadening // XX International Ccnferenoo oi pUenoasanm in Ionized Qaeeo Piea,Italy,1991 June 17-19. 1991. T.I7, ВДП.Ю, С.Н71-И82. ""

12. 0.1. Dolgaohev, Ъ.Р. Zafcatov, A.O. Oshakov Placaa Current Switoh Application for power pulse Generator« // Eight conti; XKEB International Conferenoe on plasma Soienoe, Williamsburg, Yirginia 3-5 June 1991

13. Q.I. Dolgaohev, L.i. Zakatov, A.O, JJehakov iTeotigation oi Current proceeding~ prooeee in the plasma Ктоeion Switob. // eighteenth. XSEK International Conferenoe on plaema Soienoe, Vllliaaaburg, Tirginia 3-Б June 1991.

%