Импульсный источник питания с энергосодержанием до 20 МДж комплекса ГОЛ-3 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

комплекса ГОЛ

01.04.08 - физика плазмы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.ф-м.н. Койдан B.C.

Новосибирск

-2-Оглавлеиие страница

Введение.

Глава 1. Разработка и проектирование емкостного накопителя энергии.

1.1 Основные технические требования к накопителю.

1.2 Выбор решений.

1.3 Особенности принципиальной схемы

1.4 Конструкция конденсаторной батареи.

1.5 Выбор и расчет отдельных элементов накопителя

1.6 Испытания элементов источника энергии.

Глава 2. Другие системы импульсного источника питания

2.1 Система зарядки

2.2 Контроль и управление

2.3 Обеспечение электрической безопасности.

2.4 Меры противопожарной безопасности

Глава 3. Компьютерное обеспечение функционирования источника питания.

3.1 Система автоматизации

3.2 Программное обеспечение

Глава 4. Опыт эксплуатации источника питания

Необходимость разработки и создания мощных импульсных источников энергии стала особенно актуальной в 50-х годах в связи с началом исследований по управляемому термоядерному синтезу, как в СССР, так и в ряде зарубежных стран (см., например, [1]). Накопители с запасаемой энергией в десятки, сотни килоджоулей, а затем и в мегаджоульном диапазоне понадобились для генерации мощных импульсов тока в плазменных камерах крупных установок, для питания магнитных систем, создающих сильные и сверхсильные магнитные поля, в мощных импульсных пучковых, лазерных установках и т.п. (см., например, [2],[3-4],[5-6],[7]). Наука и техника в этом направлении интенсивно развивалась около 50 лет, и сейчас такие работы продолжаются во многих лабораториях мира (см., например, [8],[9],[10],[11],[12]).

Необходимость создания многомегаджоульного импульсного источника энергии возникла в Новосибирском Институте ядерной физики в начале 80-х годов в связи с разработкой и сооружением комплекса ГОЛ-3 [13]. В Институте ядерной физики к тому времени были предложены такие типы открытых ловушек, как классический пробкотрон [14], амбиполярная ловушка [15,16], много пробочная ловушка [17] и газодинамическая ловушка [18].

Как известно, в конце 70-х годов в СССР было принято правительственное решение о дальнейшем развитии термоядерных исследований и сооружении нескольких крупных установок. Это касалось и развития программы открытых ловушек, работы по которым, в частности, велись в то время в ИЯФ под руководством Д.Д.Рютова. По его предложению для осуществления этой программы было построено специальное здание «ДОЛ». В этом здании предполагалось создать комплекс ГОЛ-3. Другая установка, располагающаяся в этом здании, - это «АМБАЛ-М» [19].

Основной частью комплекса ГОЛ-3 является плазменная установка - длинная открытая ловушка (общая длина до 20 метров) для исследования нагрева плотной плазмы мощным импульсным релятивистским электронным пучком и последующего удержания этой плазмы в магнитном поле, имеющем многопробочную конфигурацию. Установка и входящий в ее состав импульсный источник энергии сооружались в несколько этапов [2031].

Учитывая размеры установки: длину 10 -20 метров, диаметр плазменной камеры 10 - 15 см и величину магнитного поля на уровне 5 - 10 Т, стало ясно, что для питания магнитной системы установки требуется создание импульсного источника энергии с энергозапасом 10-20 МДж, с надежным и безопасным срабатыванием в течении многих тысяч «выстрелов» при многолетнем проведении физических экспериментов. При этом также требовалось обеспечить удобное управление и надежный контроль и, что не менее важно, хорошую согласованность с работой других систем комплекса ГОЛ-3.

Создание такого импульсного источника энергии и явилось основной задачей диссертанта с середины 80-х годов. Перед началом работы был проанализирован опыт создания мощных импульсных источников энергии в Курчатовском институте [32], в ТРИНИТИ [33], ИСЭ [34] и других лабораториях (институтах), а так же в Новосибирском Институте ядерной физики, на установках ИНАР [35], ГОЛ-1 [36], У-1 [37], ГДЛ [38].

В состав любого импульсного источника питания неизменно входят накопители энергии. Из известных накопителей (емкостные, индуктивные, инерционные и т.д. [3942]) наиболее подходящими для комплекса ГОЛ-3 (энергия -20 МДж и длительность импульса ~20 мсек) являются емкостные накопители, которые, кроме всего прочего, имеют самый высокий к.п.д. (см, например, [42]).

Остановимся кратко на работах по тематике, связанной с емкостными накопителями энергии и устройствами, входящих в их состав, опубликованными незадолго до начала проектирования источника питания, описанного в диссертации.

На установке «ИНАР» [35] в Институте ядерной физики, на которой длительное время работал автор диссертации, соленоид питался от 150 кДж батареи на основе конденсаторов ИМ-5-150. Батарея заряжалась в полуавтоматическом режиме и коммутировалась на соленоид, состоящий из одновитковых катушек, газовыми разрядниками. Ток от батареи передавался на установку по специально изготовленному трех шинному токопроводу.

Для запитки винтовой обмотки стелларатора «Ураган-2» [43] применена конденсаторная батарея, собранная из конденсаторов ИМ -5-140. Емкость батареи 0,21 Ф, максимальная запасенная энергия - 2,6 МДж, максимальный ток - 32 кА, период разряда на обмотку с включенным последовательно дросселем 1,6 мГн составляет 134 мсек. Коммутация осуществляется воздушными дуговыми разрядниками. Для обеспечения безопасной эксплуатации батарея разделена на отдельные части следующим образом: батарея состоит из 9 блоков, блок состоит из двух секций, секция - из 28 групп, группа -из трех конденсаторов. Каждая группа защищена плавким предохранителем специальной конструкции, а каждая секция - индуктивностью 1 мГн. Высокая надежность разрядников и блоков управления ими позволили разместить секции батареи на улице под навесом и эксплуатировать ее при температурах до -20 градусах С.

Для создания однородного магнитного поля на установке ГОЛ-1 [36] использовался емкостной накопитель на 1,5 МДж. Накопитель содержит 865 конденсаторов ИМ-5-150 и разбит на 24 секции по 36 конденсаторов в каждой. В накопителе для коммутации токов в отдельных секциях применены тригатронные разрядники вентильного типа, далее эти токи складываются на общем коллекторе и суммарный ток 270 кА (в максимуме) запитывал семь последовательно включенных секций соленоида ГОЛ-1.

В ряде работ [44],[45],[46],[47] ленинградских авторов представлены различные конструкции конденсаторных батарей и их отдельных модулей. Так, в работе [44] описана конденсаторная батарея энергоемкостью 1 МДж и постоянной времени ~ 12 мкс, собранная из конденсаторов ИМ-50-3. Остальные параметры батареи: емкость 864 мкФ, собственная индуктивность 4 нГ, ток короткого замыкания 24 МА. В работе описана конструкция батареи, использующая модульный принцип построения. Модуль состоит из 4 секций по 6 конденсаторов в каждой и снабжен коммутирующим элементом в виде разрядника с твердым диэлектриком. Модуль может присоединяться к нагрузкам, как с помощью плоских шин, так и коаксиальных кабелей. Батарея снабжена выпрямителями с зарядными сопротивлениями, защитными электромагнитными замыкателями с разрядными резисторами из нихромовой ленты и специально разработанным запускающим устройством, которое представляет собой малоиндуктивный генератор на конденсаторе ИМ-40/0,03 и керамическом тиратроне ТГИ-1000/25. Авторам удалось добиться снижения несинхронности включения модулей, определяемой статистической суммой разбросов времен срабатывания отдельных твердотельных разрядников, так, что она не превышала 100 нсек.

В других работах [45, 46] описывается малоиндуктивный конденсаторный модуль на 100 кВ энергоемкостью 80 кДж. Модуль выполнен на основе касторовых конденсаторов КМК-50/8, разработанных и изготовленных Ленинградским политехническим институтом и НИИ электрофизической аппаратуры. В одном модуле использовались 8 таких конденсаторов по 4 на двух этажах автономного контейнера. Модуль снабжался двумя параллельно включенными твердотельными разрядниками и успешно использовался в экспериментах по исследованию электрического взрыва алюминиевых фолы в искусственном пылевидном кварце.

В работе [47] представлен малоиндуктивный универсальный конденсаторный модуль энергоемкостью 112 кДж, который собран из импульсных промышленных конденсаторов ИК-50-3 с бумажно-маслянным (касторовым) диэлектриком, и представляет собой дальнейшее развитие идей создания автономных модулей. Данный модуль также использует двухэтажную компоновку, но в отличие от [45] теперь каждый этаж представляет собой конструктивно автономную секцию, состоящую из 15 конденсаторов, соединенных параллельно с помощью широких металлических шин с пленочной полиэтиленовой изоляцией общей толщиной ~3 мм. Каждая секция (этаж) модуля снабжена парой разрядников с твердым диэлектриком. Асинхронность срабатывания разрядников уменьшена до 100 нсек при зарядном напряжении до 100 кВ.

Зарядное устройство для емкостного накопителя 1,2 МДж [48] использует индуктивно-емкостной преобразователь. Устройство работает на промышленной частоте, преобразуя сетевое напряжение в источник тока. Заряд осуществляется неизменным током 6,5 А до заданного уровня напряжения в диапазоне 100-5000 В с точностью не хуже 2%. К.п.д. зарядного устройства 95%. В состав устройства входят тиристорные ключи, состоящие из 6 тиристоров TJI-200. включенных по 2 в каждую фазу первичной обмотки повышающего трансформатора, изготовленного на базе серийного ТМ30/10, дроссели с индуктивностью 16 мГ и емкости 500 мкФ (К41-И7). Величина неизменного тока на выходе индуктивно-емкостного преобразователя - 50 А. Выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме из диодов BIO 11-го класса по 6 диодов в каждом плече моста с разделением по обратному напряжению. Выпрямитель и трансформатор находятся в одном баке, заполненном трансформаторным маслом. Накопителем энергии служит батарея из 510 конденсаторов ИС5-200, соединенных параллельно. Полная емкость батареи 0,102 Ф. Конденсаторы собраны в секции по 10 штук, которые подключаются к токосборным шинам через проволочные предохранители, отключающие их в случае пробоя одного из конденсаторов. Скорость нарастания напряжения на накопителе во время заряда постоянна и равна 64 В/сек.

В работе [49] описана система контроля параметров емкостного накопителя, которая позволяет отслеживать аномальные напряжения в процессе зарядки на 40 секциях конденсаторной батареи, сравнением их с напряжением на эталонной секции. При отклонениях напряжения срабатывает цепь сигнализации, при этом значение напряжения на секциях не регистрируется. Описанная система позволяет контролировать работу сильноточных разрядников, отслеживает их нестандартную работу и самопробои в секциях накопителя.

В работе [50] приведена схема, позволяющая автоматически1 заряжать батарею конденсаторов током 3 А до напряжения 160-400 В при емкости накопителя 0,14 Ф. Получающийся при этом темп зарядки 20 В/сек, позволял заряжать 11,2 кДж батарею за время 20 сек. Зарядное устройство использует в своей схеме компаратор, останавливающий процесс зарядки при достижении установленного значения напряжения на батарее.

Аналогичное зарядное устройство представлено в работе [51]. Сделанное немного раньше, оно не использует микросхем, хотя принцип работы схемы основан на том же фазоимпульсном методе управления тиристором. Но в этой работе управляемый тиристор находился в первичной цепи высоковольтного источника питания, а в предыдущей работе во вторичной. Зарядное устройство позволяет заряжать 10 кДж накопитель, емкостью 2,5 мФ до напряжения 3 кВ за 20 сек.

В работе [52] описывается мощный импульсный коммутатор на тиристорах Т16-320-12, который обеспечивал длительность синусоидальных импульсов в индуктивной нагрузке 0,2-10 мс, амплитудой 20 кА, скорость нарастания 300 А/мкс. Диапазон рабочих напряжений 0,3-10 кВ. Из-за использования низковольтных и слаботочных тиристоров, которые, по-видимому, были в наличии, авторам пришлось применить в этом коммутаторе 50 тиристоров, соединенных по 10 штук последовательно в пять параллельных столбов. Кроме этого были разработаны индуктивные делители тока для выравнивания токов в столбах. Несмотря на все эти трудности, коммутатор выдержал длительную эксплуатацию при токе 20 кА, длительности импульса 0,65 мс и частоте повторения 3 Гц в составе генератора [53] для питания безжелезного бетатрона.

В работе [54] описан способ защиты мощного емкостного накопителя при пробое конденсаторов. Отключение модуля, в котором произошел пробой, от общей зарядной цепи осуществляется плавкими предохранителями, представляющими собой 1,5 м спиральной никелевой проволоки 0,04-0,05 мм, помещенной в кварцевый песок. Время срабатывания составляет 0,5-1,0 мс. Зарядка всего накопителя не прерывается, существует теоретическая возможность использования вместо отключившегося модуля одного из резервных модулей.

В работе [55] описан импульсный источник питания из батареи конденсаторов, твердотельных разрядников и малоиндуктивной ошиновки, обеспечивающий начальную скорость нарастания тока короткого замыкания 10**13 А/с (при напряжении 50 кВ). Импульсный источник питания предназначен для получения мегагаусных магнитных полей в соленоидах малого объема. Батарея состоит из 6 конденсаторов с энергией 50 кДж, емкостью 44 мкф, зарядным напряжением 50 кВ.

Устройство для заряда накопительных конденсаторов [56] с управлением по первичной цепи силового трансформатора позволяет исключить влияние эффекта подмагничивания его сердечника, а также снизить уровень помех, возникающих при работе тиристорного коммутатора. Батарея из шести конденсаторов К75-28 по 100 мкФ на

- 103 кВ, соединенных параллельно, заряжается до напряжения 2 кВ, за 5 сек. Напряжение регулируется в пределах 0,8-2 кВ. Нестабильность напряжения не превышает 1% при изменении напряжения на 10%.

Питание магнитной системы, используемой для компрессии мощного РЭП на установке У-1, осуществлялась конденсаторной батареей, состоящей из трех секций по 60 конденсаторов ИК-6-150 [37]. В качестве коммутаторов применялись тиристорные ключи, собранные из пяти последовательно соединенных тиристоров Т-400-16 либо Т-1000-16. Секции конденсаторной батареи соединялись параллельно на общем коллекторе. Электрическая развязка секций и защита коммутаторов обеспечивалась дросселями, которые были включены последовательно с каждой секцией. Соленоид, предназначенный для транспортировки РЭП, запитывался конденсаторной батареей, которая состояла из 18 секций по 55 конденсаторов ИК-6-150 в каждой. Для питания двух катушек соленоида использовались три секции с энергозапасом 450 кДж.

На установке ГДЛ [38] для формирования магнитного поля в центральной части ловушки в качестве источника питания используется батарея из 970 конденсаторов ИМ-5-150 с максимальной запасаемой энергией 1,75 МДж. Импульс тока имеет форму, близкую к синусоидальной. Полупериод - 100 мсек. Батарея разбита на 11 секций, которые подключаются к нагрузке через развязывающие диоды. Каждая пробочная катушка подключена последовательно через балластную индуктивность и тиристорный ключ к батарее из 40 конденсаторов ИМ-5-150 с запасаемой энергией 75 кДж. Балластная индуктивность, помимо того, что увеличивает время спада тока в цепи, играет роль ограничителя тока при случайном пробое обмотки пробочной катушки. Включение всех конденсаторных батарей на нагрузку осуществляется высоковольтными коммутаторами, собранными на базе тиристоров Т173-1250.

В работе [57] рассмотрены две схемы защиты тиристорных коммутаторов емкостного накопителя от аварийных токов при коротких замыканиях в разрядной цепи. Одна схема представляет собой линейный ЬЯ-контур, другая - трансформатор со встречно включенными обмотками. Показано, что в аварийном режиме ток лишь на 20% превосходит амплитуду рабочего тока. Разработаны элементы схемы и даны рекомендации для выбора их параметров. Емкостной накопитель на 10 МДж собран из унифицированных блоков (2,4 мФ, 5 кВ, 7мкГн), каждый из которых коммутируется своим ключом, состоящим из шести последовательно включенных тиристоров Т500-14-004. Исходя из допустимого интеграла действия тока для этих тиристоров, была выбрана величина сопротивления 0,2 Ом и индуктивности 50 мкГн. Для второй схемы использовался кабельный, воздушный трансформатор, в котором центральная жила являлась первичной обмоткой, а оплетка - вторичной. Кабель РК50-11-11 с полиэтиленовой изоляцией был намотан в два слоя на диэлектрическом цилиндре диаметром 200 мм, число витков - 48.

Кабельный коллектор емкостного накопителя энергоемкостью 1 МДж [58], напряжением 50 кВ состоит из четырех секций , к каждой из которых подключено по 6080 кабелей КВИМ и сборных шин для подключения нагрузки. Коллекторная секция обеспечивает надежное закрепление токопроводящих шин, малую индуктивность и удобство при эксплуатации. Общая индуктивность коллекторного узла 2,2 нГн. Амплитуда суммарного тока в нагрузке достигала 6 МА при напряжении 50 кВ.

В работе [59] описаны результаты испытания двух типов сильноточных коммутаторов с рабочим напряжением до 5 кВ - многоканального искрового разрядника с локальными узлами инициирования пробоя и системы из нескольких параллельно включенных одноканальных разрядников тригатронного типа. Ресурс разрядников может быть доведен до 1000 включений. Показано, что для коммутации емкостного накопителя с запасаемой энергией 100 кДж целесообразно использовать многоканальный разрядник, имеющий простую конструкцию.

Далее последуют краткие описанйя трех крупных накопителей энергии, которые были опубликованы уже после ввода в эксплуатацию первой очереди комплекса ГОЛ-3 и создания описываемого в диссертации источника энергии.

Комплекс емкостных накопителей энергии установки "Искра-5" [7] предназначен для импульсного питания системы накачки мощного йодного лазера. Общая энергоемкость накопителя комплекса 67,3 МДж при рабочем напряжении 50 кВ, суммарный ток разряда 150 МА. Комплекс содержит 665 ячеек. Каждая ячейка разряжается на свою нагрузку - импульсный источник света - через свой управляемый искровой разрядник. 624 ячейки составляют однотипные унифицированные схемы со следующими основными параметрами: энергоемкость 105 кДж, рабочее напряжение 50 кВ, амплитуда разрядного тока 0,3 МА, период разряда 70 мкс. Основные элементы емкостных накопителей комплекса: конденсаторы ИК-50-3 (18000 шт), коммутаторы -управляемые искровые разрядники под давлением (665 шт), энергопроводы - отрезки кабеля КВИМ длиной 3 м (18300 шт) и 30 м (12480 шт). Емкостные накопители связаны с информационно-вычислительным комплексом, контролирующим их состояние, как на стадии заряда, так и на стадии разряда.

В Институте электрофизики РАН (С Петербург) [60] разработан емкостной накопитель энергии Е7-25 с проектной энергоемкостью 17,2 МДж, максимальным напряжением 25 кВ, допустимым током разряда 10 МА. Накопитель построен по модульному принципу, в его составе 23 модуля, каждый из которых состоит из восьми ячеек с конденсаторами на 94 кДж запасенной энергии и вакуумным разрядником. В ячейке применены разработанные для этого накопителя конденсаторы ИК-25-30. Импульсный разрядный ток от каждой ячейки подается четырьмя кабелями РК50-13-17 в кабельный коллектор. Система зарядки состоит из серийного трансформатора -выпрямителя ТВТМ-1600-25, тиристорного регулятора, включенного в первичной цепи (3x380 В) трансформатора, и балластных сопротивлений для каждой ячейки.

В Истринском филиале Всесоюзного электротехнического института разработан и введен в эксплуатацию многоканальный емкостной накопитель энергии [61] с суммарной энергоемкостью конденсаторной батареи 2,5 МДж при выходном напряжении до 10 кВ. Накопитель собран из 20 одинаковых блоков-модулей, каждый блок содержит 5 накопительных модулей и один модуль управления. Накопительный модуль состоит из 50 конденсаторов К-75-40 (40 мкФ, 5 кВ), присоединенных отрезками кабеля РК-50-7-22 длиной 0,8 м к узлу игнитронных разрядников. Накопитель может быть разбит на отдельные каналы, работающие на одну или несколько нагрузок. При работе всего накопителя на нагрузку с индуктивностью 0,75 мкГн максимальная амплитуда тока составляет 1,65 МА, период колебаний 2,5 мс.

Как видно из приведенных примеров емкостных накопителей энергии, отличающихся по параметрам и по своему назначению, их объединяет общее стремление всех авторов унифицировать конструкцию и одновременно снизить величину энергии в отдельных частях накопителя, что весьма желательно при создании коммутаторов, а также при случающихся авариях на накопителях. Поэтому подавляющее большинство накопителей разбито на несколько, до 665 [7], отдельных частей (у разных авторов: модулей, секций, блоков и блоков-модулей), которые затем, как правило, объединяются по разрядным токам на сложных коллекторах , чтобы затем подсоединиться к нагрузке. И только на накопителях "Искра-4" и "Искра-5" [7] для каждой части накопителя существует своя индивидуальная нагрузка, что выглядит более логично при таком разбиении накопителя на части.

Среди коммутирующих элементов преобладают различные разрядники, хотя для низковольтных накопителей (до 10 кВ), при небольших скоростях нарастания тока в нагрузке, наиболее предпочтительно выглядят тиристорные коммутаторы, которые применялись даже тогда, когда тиристоры еще не были способны пропускать большие токи, и авторам приходилось включать несколько параллельных цепей коммутации для уменьшения токовой нагрузки.

Серьезное внимание уделялось и уделяется системам зарядки накопителей. Здесь рассматриваются пути создания мощных устройств, позволяющих быстро заряжать большие емкости, сохраняя при этом автоматический контроль уровня зарядки в каждой части накопителя. Наиболее привлекательной выглядит схема, предложенная в работе [48], которая имеет высокий к.п.д., однако, она рассчитана для конкретной конденсаторной батареи и не обладает высокой универсальностью. Кроме этого, рабочая частота устройства - 50 Гц, что приводит к большим размерам (ценам) трансформаторов и дросселей, входящих в ее состав.

Отдельно рассматриваются вопросы защиты накопителей при пробое конденсаторов на стадии зарядки и защиты дорогостоящих тиристорных ключей при коротких замыканиях разрядных токов в нагрузке или в токовых подводах. Здесь авторы готовы идти даже на запланированные потери накопленной энергии ради сохранения работоспособности всего накопителя в целом, включая в разрядные цепи дополнительные балластные устройства последовательно с нагрузкой. Все вышеизложенные аспекты построения конденсаторных батарей были учтены при проектировании импульсного источника энергии для комплекса ГОЛ-3.

Настоящая работа посвящена созданию одной из частей комплекса ГОЛ-3, а именно, импульсного источника энергии для питания магнитной системы. Поскольку основной частью источника является емкостной накопитель, который по-другому часто называют «конденсаторная батарея», то в тексте будет встречаться и этот термин. В диссертации сделана попытка последовательного описания всех частей и узлов этого источника, начиная от проектирования, изготовления, испытания отдельных элементов и до эксплуатации источника в составе комплекса. Кроме этого, достаточно подробно описана система управления и автоматизации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, четырех приложений со списками программного обеспечения, приложения иллюстраций и списка литературы.

Заключение.

Основным результатом работы является создание в составе комплекса ГОЛ-3 импульсного источника питания, обеспечивающего магнитное поле в соленоиде длиной около 12 метров. Полная суммарная энергия всех накопителей источника превышает величину 20 МДж при напряжении зарядки 6 кВ. Источник энергии обеспечивает создание магнитного поля до 5 Т в однородной части соленоида и до 10 Т в пробках. Достигнута необходимая для проведения экспериментов стабильность магнитного поля во времени и применена секционная система подвода энергии к соленоиду, позволяющая оперативно изменять конфигурацию магнитного поля установки.

Применена оригинальная унифицированная система зарядки накопителя, разработанная в ИЯФ, достигнута высокая степень автоматизации импульсного источника питания с помощью аппаратуры, изготовленной в ИЯФ, и разработано программное обеспечение для управления работой и контроля многочисленных параметров источника питания.

Создана инфраструктура, необходимая для безопасной и надежной эксплуатации импульсного источника питания. Достигнута высокая степень надежности работы источника, позволяющая успешно проводить эксперименты на комплексе ГОЛ-3 около 15-ти лет.

Полученный опыт эксплуатации источника питания в течение длительного времени показал, что принципиальные решения при его проектировании оказались верными и в целом оптимальными.

За время работы комплекса ГОЛ-3 проводились эксперименты по исследованию взаимодействия сильноточного микросекундного релятивистского электронного пучка (РЭП) с плотной плазмой, по нагреву плазмы таким пучком, по двухступенчатому нагреву, по многопробочному удержанию нагретой плазмы, по увеличению энергетического времени удержания нагретых ионов, по взаимодействию плотной горячей плазмы с различными твердотельными материалами и другие.

В течение этого времени было произведено более 4000 экспериментальных импульсов с участием РЭП и около 2000 по изучению предварительной плазмы. По результатам экспериментов опубликовано и доложено около 100 научных статей, отчетов и докладов, воспитано много молодых экспериментаторов. В настоящее время на комплексе ГОЛ-3 продолжается интенсивная научно-исследовательская работа.

Работа выполнена в лаборатории №10 Института ядерной физики им. Г.И.Будкера. Она была бы невозможной без активного участия коллектива лаборатории и подразделений Института.

Автор признателен Д.Д. Рютову за предложение принять участие в работах по созданию комплекса ГОЛ-3, за постоянный интерес, полезные обсуждения и ценные советы.

Автор выражает искреннюю благодарность B.C. Койдану за предложение возглавить работы по созданию импульсного источника энергии, руководство работой, постоянную заботу, ценные обсуждения, полезные советы, а также за настойчивые требования по написанию диссертации и внимательное прочтение данной работы.

Автор благодарит Э.П.Круглякова за поддержку и интерес к работе.

Автор выражает большую благодарность В.В. Конюхову за полезные советы и обсуждения, за большую помощь в создании зарядных устройств и систем автоматизации, а также за постоянное сотрудничество на протяжении около 30 лет.

Автор выражает огромную благодарность своим сотрудникам С.С. Гарифову, В.Г. Козлову, чьими руками в основном был смонтирован, налажен и эксплуатируется на протяжении многих лет импульсный источник питания, а также В.А. Расторопову за помощь в подготовке отдельных узлов накопителя.

Автор благодарен А.Г. Макарову, В.А. Капитонову и С.С. Перину за создание узлов зарядных устройств и станции дистанционного управления.

Автор выражает искреннюю благодарность В.Т. Астрелину, A.B. Аржанникову, A.B. Бурдакову, С.Г. Воропаеву, C.B. Лебедеву, В.В. Поступаеву, А.Ф. Ровенских, С.Л. Синицкому, М.А. Щеглову за многолетнее творческое сотрудничество.

Автор отмечает большой вклад в проектирование электротехнических схем и устройств конденсаторной батареи A.B. Киселева, безвременно ушедшего из жизни.

Автор искренне признателен сотрудникам конструкторского бюро B.C. Николаеву, Р.П. Зоткину, В.К. Шарапову, А.Н. Горбовскому, Ю.И. Деулину, В.Б. Бобылеву и З.Г. Момот за конструирование различных элементов конденсаторной батареи.

Автор благодарен сотрудникам лаборатории №9 А.Д. Хильченко и А.Н. Квашнину за многолетнее сотрудничество в области автоматизации экспериментальных установок.

Автор благодарит сотрудников лаборатории №6 Э.А. Купера и A.M. Батракова за помощь в комплектовании экспериментальной установки необходимыми приборами.

Автор благодарен коллективу ЭП-1 за своевременное и качественное изготовление узлов источника питания, выделяя особенно большой интерес к комплексу Б.Ф. Чиркова.

Автор выражает особую признательность Г.Н. Кулипанову за интерес к работе и настоятельный совет в написании диссертации.

1. Арцимович Л.А. / Управляемые термоядерные реакции. // Физматгиз, Москва, 1961.

2. Муховатов B.C. / Токамаки. // В кн.: Физика плазмы, т.1, ч.1 (Итоги науки и техники, ВИНИТИ АН СССР). М„ 1980, с. 6-118.

3. Велихов Е.П., Глухих В.А. и др. / Ускорительный комплекс «Ангара-5». // Препринт НИИЭФА Д-0301, Ленинград, 1976.

4. Смирнов В.П. и др. / Импульсный термоядерный комплекс «Ангара-5-1». // Тезисы докладов третьей всесоюзной конференции «Импульсные источники энергии», 1989, Ленинград, с.5-6.

5. Месяц Г.А. / Работы по сильноточной электронике в ИСЭ СО АН СССР. // Тезисы докладов 4ого всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, Томск, 1982, ч.1,с. 3-6.

6. Воробышко М.И., Ковальчук Б.М., Кокшенов В.А., Кремнев В.В., Манылов В.И., Новиков А.А., Яковлев В.П. / / В кн. Доклады Всесоюз. конф. по инж. проблемам термоядерных реакторов. Ленинград, 1977, т.З, с.160-167.

7. Безуглов В.Г., Галахов И.В., Гашеев А.С. и др. / Комплекс емкостных накопителей энергии установки «Искра-5». // ПТЭ, №3, 1991г, стр. 100.

8. Cook D.I., Bailey J.E., Bieg K.W. et al. / Light ion and target results on PBFA II // Proc. Of the 8th Int. Conf. On High-Power Particle Beams, 1990, V.l, p.3-13.

9. Imasaki K., Mima K., Nakai S., Yamanaka C. / Present status of FEL research in Japan. // Proc. Of the 8th Int. Conf. On High-Power Particle Beams, 1990, V.l, p.39-52.

10. Quintenz J.P. / Pulsed power: Sandia's plans for the new millennium. // Abs. of 13th Int. conf. on high-power particle beams, Nagaoka, Japan, 2000, p.309.

11. Рютов Д.Д. / Исследования по открытым термоядерным системам в Новосибирском институте ядерной физики. // ВАНТ, сер. «Термоядерный синтез», 1978, вып. 1-2, с. 96.

12. Будкер Г.И. / Термоядерные реакции в системе с магнитными пробками. // Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций, Т.З, с.З, Изд. АН СССР, Москва, 1958.

13. Димов Г.И., Закайдаков В.В., Кишиневский М.Е. / Термоядерная ловушка с двойными пробками. // Физика плазмы, 1976, Т.2, с.597-610.

14. Dimov G.I., Zakajdakov V.V., Kishinevskij М.Е. / Open trap with ambipolar mirrors. // Plasma physics and controlled nuclear fusion research, 1976. Yienne, 1977, V.3, p. 177189.

15. Будкер Г.И., Мирнов В.В., Рютов Д.Д. / Влияние гофрировки магнитного поля на расширение и остывание плотной плазмы. // Письма в ЖЭТФ, 1971, Т. 14, с. 320-322.

16. Мирнов В.В., Рютов Д.Д. / Газодинамическая линейная ловушка для удержания плазмы. // Письма в ЖТФ, 1979, Т.5, вып.11, с.678-682.

17. Dimov G.I., Davydenko V.I., Lysyansky Р.В. / Axisymmetric tandem mirror AMBAL-M // 16th Europ. conf. On controlled fusion and plasma physics, Venice, S.l. 1989, Pt. 2. Contributed papers, p. 815-818.

18. Зоткин Р.П., Капитонов В.А., Койдан B.C., Конюхов В.В., Макаров А.Г., Меклер К.И., Николаев B.C., Перин С.С., Фирулев К.Н. / 10-МДж конденсаторная батарея для питания соленоида установки ГОЛ-3. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 1990г. Вып. 1.С. 50.

19. Бритоусов H.H. и др. / Экспериментальное исследование системы питания токамака Т-10. // В кн. Доклады второй Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, JT, 1982, Т.З, с. 24-31.

20. Андреев В.Р., Бондаренко И.М. и др. / Токамак-15. Основные параметры и состояние проекта. // В кн. Доклады второй Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, JI., 1982, Т.1, с. 6-17.

21. Бугаев С.П., Ельчанинов А.С., Загулов Ф.Я., Ковальчук Б.М., Месяц Г.А. / Сильноточный импульсный ускоритель электронов. // ПТЭ, 6, с. 15-17, 1970.

22. Абрашитов Ю.И., Койдан B.C., Конюхов В.В. и др. / Взаимодействие мощного релятивистского электронного пучка с плазмой в магнитном поле. // ЖЭТФ, 1974, т.66, вып. 4, с. 1324-1337.

23. Давыденко В.И., Иванов A.A., Козьминых Ю.Л. и др. / Экспериментальная модель газодинамической ловушки. / Препринт ИЯФ СО АН СССР 86-104. Новосибирск, 1986.

24. Кнопфель Г. / Сверхсильные импульсные магнитные поля. // Издательство «Мир», Москва, 1972.

25. Накопление и коммутация энергии больших плотностей. / Под редакцией Бостика У., Нарди В., Цукера О. // Издательство «Мир», Москва, 1979.

26. Импульсные системы большой мощности. / Сб. статей под редакцией Асиновского Э.И. // Издательство «Мир», Москва, 1981.

27. Физика и техника мощных импульсных систем. / Сб. статей под редакцией Велихова Е.П. // Энергоатомиздат, Москва, 1987.

28. Амелин В.З., Бирюков О.В., Вишневецкий В.Н. и др. / Экспериментальная термоядерная установка стеллараторного типа «Ураган-2». // В кн.: Докл. Всесоюз. совещ. по инженерным проблемам УТС. Ленинград: НИИЭФА, 1975, т. 4, с. 314-325.

29. Бурцев В.А., Литуновский В.Н., Прокопенко В.Ф., Макеев Г.М. / Конденсаторная батарея на 1 МДж с малой постоянной времени. // ПТЭ, №4, 1979г, стр. 167.

30. Андрезен А.Б., Бурцев В.А., Водовозов В.М и др., // Докл. Всес. конф. По инженерным проблемам термоядерных реакторов, 1977, т. 3, стр. 127, НИИ электрофизической аппаратуры, Ленинград.

31. Алимов П.Г., Кошелев В.И., Сухушин К.Н., Тимофеев М.Н. / Зарядное устройство для емкостного накопителя с запасаемой энергией 1,2 МДж. // ПТЭ, №6, 1980г, стр. 99.

32. Нилов О.М., Кирпичников В.А., Пудкова Г.В., Хомяков В.Г. / Система контроля параметров емкостного накопителя. // ПТЭ, №1, 1979г, стр. 92.

33. Кравцевич И.И., Смирнов A.B. / Блок автоматического заряда емкостного накопителя. //ПТЭ,№1, 1982г, стр. 146.

34. Мелета Е.А., Раевский И.М. / Зарядное устройство для емкостного накопителя. ПТЭ, // №6, 1981 г, стр. 108.

35. Амеличкин В.И., Кудасов Б.Г. / Мощный импульсный коммутатор на тиристорах. // . ПТЭ, №4, 1982г, стр. 98.

36. Амеличкин В.И., Кудасов Б.Г., Куропаткин Ю.П. / Генератор мощных импульсов тока. //ПТЭ, №4, 1982г, стр. 97.

37. Гашеев A.C., Кузьмичев Ю.П., Кучеров А.И., Муругов В.М. // Защита емкостного накопителя энергии при пробоях конденсаторов. / ПТЭ, №5, 1981г, стр. 109.

38. Бочаров Ю.Н., Зайенц С.Л., Попов П.Г. и др. / Малоиндуктивный накопитель для получения сверхсильных импульсных магнитных полей. // ПТЭ, №1, 1981г, стр. 167.

39. Муравицкий М.А., Гулюк A.M., Лозовенко А.Е. / Управление зарядом накопительных конденсаторов. // ПТЭ, №3, 1984г, стр. 107.

40. Григорьев A.B., Честнова Н.М. / Защита емкостных накопителей с тиристорными коммутаторами от токов короткого замыкания. // ПТЭ, №6, 1986г, стр. 130.

41. Балтаханов A.M., Бондалетов В.Н., Жерлыгин В.И., Иванов E.H. / Кабельный коллектор емкостного накопителя энергии на 1 МДж. // ПТЭ, №4, 1987г, стр. 106.

42. Капишников М.К., Муратов В.M. / Коммутация модуля емкостного накопителя с энергозапасом до 100 кДж. // ПТЭ, №6, 1987г, стр. 92.

43. Емелии П.Ю., Рутберг Ф.Г., Фридман Б.Э. / Емкостной накопитель энергии Е7-25. // ПТЭ, №5, 1993г, стр. 109.

44. Балтаханов A.M., Иванов E.H., Жерлыгин В.И. и др. / Емкостной накопитель энергии на 2,5 МДж, 5(10) кВ.//ПТЭ,№3, 1991г, стр. 103.

45. Воропаев С.Г., Конюхов В.В., Лебедев C.B., Щеглов М.А. / Генератор мощного РЭП микросекундной длительности. // ВАНТ, сер. Термоядерный синтез, вып. 3, стр. 26-28 (1988).

46. Бурдаков A.B., Драничников А.Н., Койдан B.C., Николаев B.C., Поступаев В.В., Таубер М.В. / Вакуумно-плазменная система установки ГОЛ-3. // Препринт ИЯФ 91105. Институт ядерной физики СО АН СССР, Новосибирск, 1991.

47. Деулин Ю.И., Лебедев C.B., Николаев B.C., Семенов Е.П. / Магнитная система плазменной установки ГОЛ-3 / / Препринт ИЯФ 90-141. Институт ядерной физики СО АН СССР, Новосибирск, 1990.

48. Деулин Ю.И., Лебедев C.B., Николаев B.C. и др. / Магнитная система плазменной установки ГОЛ-3. // ПТЭ №2 1992г.

49. Батраков A.M., Козак В.Р., Купер Э.А., Нифонтов A.B. / Принципы построения и метрологическое обеспечение цифровых регистраторов формы импульсных сигналов. // Автометрия, 1986, вып.4, с.50-63.

50. Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ // Тез. Докл. 6-й Всесоюз. Коиф., Новосибирск, ИАЭ СО АН СССР, 1981, с.32-33.

51. Купер Э.А., Нифонтов A.B., Пискунов Г.С., Репков В.В. / Цветной графический дисплей. // Препринт ИЯФ СО АН СССР 79-38, Новосибирск, 1979.

52. Квашнин А.Н., Конюхов В.В., Хильченко А.Д. / Интеллектуальный контроллер крейта КАМАК «Миленок». // Препринт ИЯФ СО АН СССР 91-39, Новосибирск, 1991.

53. Квашнин А.Н., Конюхов В.В., Фирулев К.Н., Хильченко А.Д. / Интерфейсные платы абонентов последовательного мультиплексного канала связи. // Препринт ИЯФ СО АН СССР 91-38, Новосибирск, 1991.

54. Квашнин А.Н., Конюхов В.В., Хильченко А.Д. / Контроллер последовательногомультиплексного канала связи. // Препринт ИЯФ СО АН СССР 91-37, Новосибирск, 1991.

55. GOL-3-II facility. // Proc. 1996 Intern. Conf. on Plasma Physics, Nagoya, Vol.1, p.802-805 (1996).

56. Бурдаков А.В., Воропаев С.Г., Губер А.Ф., Карюкин А.В., Койдан B.C., Лебедев С.В., Меклер К.И., Никифоров А.А., Пиффл В., Поступаев В.В., Чикунов В.В., Щеглов М.А.

57. Нагрев основной компоненты плазмы с помощью микросекундного РЭП на установке ГОЛ-3. // Препринт ИЯФ СО РАН 92-8, Новосибирск, 1992.

58. Arzhannikov A.V., Astrelin V.T., Burdakov A.V., Ivanenko V.G., Koidan V.S., Konyukhov V.V., Mekler K.I., Melnikov P.I., Nikolaev V.S., Polosatkin S.V., Postupaev V.V.,

59. Rovenskikh A.F., Sinitsky S.L. / Dense plasma heating by 200 kJ electron beam at the GOL-3-I1 facility. // Proc. 12th Intern. Conf. on High Power Particle Beams. Haifa, Israel, Vol.2, p.35-38 (1998).

60. Бурдаков А.В., Воропаев С.Г., Койдан B.C., Лебедев С.В., Меклер К.И., Поступаев В.В. / Характеристики плазмы, создаваемой длинным замагниченным прямымразрядом в металлической камере. // Препринт ИЯФ СО РАН им. Г.И.Будкера 93-30, Новосибирск, 1993.

61. Burdakov A.V., Koidan V.S., Mekler K.I., Polosatkin S.V., Postupaev V.V., Rovenskikh A.F. / 12-meter plasma column. // Препринт ИЯФ CO РАН им. Г.И.Будкера 99-105, Новосибирск, 1999.

62. Astrelin V.T., Burdakov A.V., Koidan V.S., Mekler K.I., Polosatkin S.V., Postupaev V.V., Rovenskikh A.F. / Long linear discharge in corrugated magnetic field. // Препринт ИЯФ CO РАН им. Г.И.Будкера 2001-17, Новосибирск, 2001.