Исследования ударно-сжатой плазмы и преобразования химической энергии КВВ в энергию электромагнитного излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ В ЧЕРНОГОЛОВКЕ

РГ6 он

На правах рукописи

МИНЦЕВ Виктор Борисович

ИССЛЕДОВАНИЯ УДАРНО-СЖАТОЙ ПЛОТНОЙ ПЛАЗМЫ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ КВВ В ЭНЕРГИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 01.04.17 - химическая физика, в том числе

физика горения и взрыва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Черноголовка 1997

Работа выполнена в Институте химической физики в Черноголовке Российской Академии Наук

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН

доктор физико-математических наук профессор С.И.Анисимов доктор физико-математических наук профессор Г.Э.Норман доктор физико-математических наук профессор Л.Н.Стесик

Ведущая организация:

Объединенный Институт высоких температур Российской Академии Наук

Защита состоится

и

часов на заседай!-

диссертационного совета Д 200.0{£01 в Институте химической физики П.Черноголовка РАН по адресу: 142432, Черноголовка, Московской обл., ИХФ РАН, корпус 1/2.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института химическ< физики в Черноголовке РАН

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 200.08.01 канд. физ.-мат. наук

А.А.Юданов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена исследованию теплофизических свойств плазмы с сильным яежчастичным взаимодействием, образующейся за фронтом мощных ударных волн, *енерируемых при детонации конденсированных взрывчатых веществ (КВВ), и проблемам преобразования химической энергии КВВ в энергию электромагнитного «лучения.

Актуальность темы. Поведение вещества при высоких давлениях и температурах в условиях с сильным межчастичным взаимодействием и проблемы феобразования одних видов энергии в другие, являясь одними из фундаментальных ¡адач современной науки, всегда привлекали исследователей большим разнообразием 1 необычностью физических процессов. В последнее время, кроме того, обострился фактический интерес к решению такого рода физических проблем в связи с )азработкой ряда перспективных энергетических устройств. Необходимость в Iстальной информации о свойствах плотной плазмы и принципах преобразования ¡идов энергии возникает также при анализе взаимодействия мощных импульсов шектромагнитного и корпускулярного излучения с веществом, при исследовании фоцессов, сопровождающих столкновение космических объектов с атмосферой яжелых планет, и в других задачах физики высоких плотностей энергии.

Теплофизические свойства в неупорядоченных средах достаточно хорошо пучены в предельных случаях малых плотностей для хаотического распределения лабовзаимодействующих частиц, где применимы модели газовой плазмы, и в случае гонденсированных сред, где большое количество экспериментов удовлетворительно шиеывается псевдопотенциальными моделями. Построение строгой теории при фомежуточных плотностях наталкивается на значительные трудности, так как :ильное межчастичное взаимодействие нарушает условия применимости оответствующих кинетических уравнений, а использование методов машинного эксперимента и теории линейного отклика ограничено рамками модельных подходов. Тоэтому в этой области основное внимание уделяется экспериментальным гсследованиям, на основе которых осуществляется проверка и развитие еоретических моделей среды.

При рассмотрении методов преобразования химической энергии КВВ в энергию электромагнитного излучения возникает ряд нетривиальных физических проблем, связанных с несоответствием масштаба характерных кинетических энергий. Дело в том, что типичный уровень удельных энерговыделений при детонации КВВ соответствует энергии валентных электронов и составляет величину порядка электрон-вольта, в то время как эффективное преобразование кинетической энергии электронов в электромагнитное излучение осуществляется в релятивистском диапазоне е = тес2 ~ 0,5МэВ. Поэтому при решении такого рода задач основное внимание уделяется разработке физических принципов работы устройств, позволяющих эффективно преобразовывать энергию КВВ в другие виды энергии.

Цель работы. Разработка взрывных методов генерации плазмы с сильным межчастичным взаимодействием и регистрация ее электрофизических, термодинамических и оптических свойств. Проверка существующих и построение новых физических моделей плотной плазмы. Разработка физических методов преобразования энергии взрыва в электромагнитное излучение в СВЧ-диапазоне длин волн и их экспериментальная демонстрация. Построение физических моделей работы использующихся в экспериментах устройств.

Научная новизна. В диссертации впервые:

- Измерена электропроводность ударно-сжатых воздуха, неона, аргона и ксенона в широком диапазоне параметров. Проведено сравнение с существующими теоретическими моделями и показано качественное согласие кулоновской составляющей электропроводности ксенона с моделью, учитывающей наличие ионного остова.

- Выполнены измерения коэффициента отражения лазерного излучения от ударно-сжатых плотной плазмы ксенона и кремния в области перехода полупроводник-металл. Проведены сравнения с расчетами и показана возможность оценки частоты электронных столкновений в условиях эксперимента.

- Измерены спектры излучения плотной плазмы аргона и ксенона с высоким временным разрешением. Обнаруженные особенности в спектре излучения плазмь при длине волны ~1 мкм объясняются образованием под действием мощногс

«лучения эксимеров инертных газов в покоящемся газе. Впервые получены данные ю коэффициентам поглощения ксеноновой плазмы до значений электронной сонцентрации пе~2Ю20 см'3. Приводятся данные об уширении, сдвиге и кчезновении спектральных линий ксенона и примесных линий алюминия в ¡ависимости от плотности плазмы.

- Реализована методика измерений электронной концентрации плотной плазмы ;а фронтом прямой и отраженной ударных волн по ее взаимодействию с сильным лагнитным полем. Получены экспериментальные данные измерений в лабонеидеальной плазме гелия.

- Предложена и реализована оригинальная "бестрансформаторная" схема феобразования химической энергии конденсированных взрывчатых веществ в Сергию высоковольтного электрического импульса, электронного пучка и лектромагнитного излучения, которая позволяет проводить эксперименты на низком 'ровне электрической энергий в несколько килоджоулей в лабораторных условиях [ри небольшой массе взрывчатых веществ (до 1 кг) и допускает моделирование ¡зрывного процесса с использованием емкостного накопителя.

- Для предложенной схемы разработаны и отлажены различные типы орывомагнитных генераторов (ВМГ) с перехватом магнитного потока: (илиндрические с осевым инициированием, цилиндрические и конические со кользящей точкой контакта, двухкаскадные генераторы. Эти генераторы позволяют юлучать импульсы энергии до 6 кДж в высокоимпедансных нагрузках за время ~ 10 -5 мкс. Развиты теоретические модели работы ВМГ с перехватом потока.

- Экспериментально продемонстрирована возможность генерации мощных ¡мпульсов СВЧ-излучения с помощью химической энергии конденсированных зрывчатых веществ в системах, построенных на основе триода с виртуальным атодом.

Научная и практическая ценность работы. Полученые данные о физических войствах вещества в широкой и ранее не исследованной области фазовой иаграммы, где реализуется сильное межчастичное взаимодействие, и разработанные [етоды преобразования химической энергии КВВ в электромагнитное излучение ущественно расширяют экспериментальную базу физики высоких плотностей

энергии и служат основой для разработки перспективных энергетических устройств и технологических процессов.

Личный вклад автора. Материал, изложенный в диссертации, получен пр* непосредственном участии автора как при формировании направления, обще£ постановке задач, так и при проведении экспериментальных исследований, анализе интерпретации и обобщении полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно-координационных сессиях "Исследования неидеальной плазмы" (Москва 1976 - 1996), Всесоюзных конференциях по уравнениям состояния веществ: (Нальчик 1982 - 1997), Всесоюзных конференциях по физике низкотемпературно? плазмы (Киев 1975 и 1979, Ленинград 1980, Петрозаводск 1995), 6-й Всесоюзно} конференции по теплофизическим свойствам веществ (Минск 1978), Всесоюзны) симпозиумах по горению и взрыву (Черноголовка 1974 и 1996, Ташкент 1986) Международных конференциях "Мегагаусс" (Новосибирск 1983 и 1989, Альбукерк( 1992, Саров 1996), Международных конференциях по явлениям в ионизованны; газах (Минск 1980, Тулуза 1997), Международных конференциях по неидеально! плазме (Германия 1982 - 1995), Международном симпозиуме по ударным волнам I ударным трубам (Бетлехем 1989), Международной конференции п< электромагнетике (Бордо 1994), Международных конференциях по плазме с сильныл межчастичным взаимодействием ( Бинц 1995, Бостон 1997), Международно! конференции по ударным волнам в конденсированных средах (Амхерст 1997) и т.д.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 72 печатные рабой (монография, статьи, тезисы докладов, авторские свидетельства на изобретения).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, двух частей включающих 11 глав, и заключения; содержит 299 страниц, в том числе 18 таблиц ] 122 рисунков. Список цитируемой литературы включает 320 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, научная новизна и практическая начимость проблем, решаемых в диссертации, сформулированы цели и задачи ^следований, указаны отличия используемых подходов от известных в литературе, федставлены сведения о структуре и объеме диссертации.

Первая часть диссертации посвящена исследованию теплофизических свойств глотной плазмы за фронтом мощных ударных волн.

Обзор взрывных методов генерации сильных ударных волн в плотных газах доведен в первой главе. Показано, что использование КВВ, обладающих большой 'дельной энергоемкостью, является особенно привлекательным для достижения :остояний вещества с сильным межчастичным взаимодействием. Рассмотрены методы кумуляции энергии в газах, проанализированы их возможности и показаны >бласти достижимых параметров при использовании различных конструкций.

Вторая глава первой части посвящена электрофизическим свойствам ударно-жатой плазмы. Обсуждаются схемы измерений электропроводности, применяемые в шнамическом эксперименте. Рассмотрены основные результаты исследований шектрофизических свойств неупорядоченных систем с сильным межчастичным ззаимодействием. Описываются взрывные экспериментальные устройства для генерации выбранных состояний и рассмотрены используемые методы диагностики зараметров ударно-сжатого сгустка.

В большинстве экспериментов использовалась "линейная" взрывная ударная груба (см. Рис.1). Ионизующая ударная волна образуется при расширении в исследуемый газ продуктов детонации гексогена (мощного КВВ с удельной энергоемкостью - 104 Дж/см3), имеющего после завершения реакции детонационного превращения высокодинамические характеристики: р ~ 37 ГПа,

Г ~ 5103 °К, р~2,3 г/см3. Применение специальным образом профилированной детонационной линзы и выбор соответствующих размеров активного заряда КВВ обеспечивали одномерность и стационарность параметров детонационного фронта при его выходе из КВВ в исследуемый газ. Полное энерговыделение в каждом эксперименте составляло 310'Дж при мощности -10" Вт, что приводило,

разумеется, к уничтожению всего устройства и необходимости работы в специально защищенных помещениях с соблюдением соответствующих мер безопасности. Результаты фотографических, электро-физических и рентгено-графических

измерений показали одномерность и квазистационарность течения плазмы, что осуществлялось инерционным удержанием ударно-сжатой плазмы массивными стенками канала ударной трубы. Эти устройства использовались для генерации однократно ионизованной плотной плазмы воздуха, неона, аргона и ксенона, характеризуемой значениями параметра неидеальности, выражающего отношение средней потенциальной энергии взаимодействия частиц к их средней кинетической энергии, в диапазоне Г-0.3 -4.5 .

Генерация закритических состояний ксенона р ~ 1 - 4 г/см3 (ркр -1.1 г/см3) при высоких давлениях Р ~ 2 - 11 ГПа и температурах Т ~ 1-2 эВ осуществлялась путем динамического сжатия ксенона околокритических параметров Р0 ~ 5 -8 МПа Т0 ~ 290 К. Для удержания высокого начального давления применялась взрывная ударная труба с разгруженным стеклянным каналом, заключенным внутри прочной железной трубки. Стеклянный канал в этом случае играет роль изолятора.

Для достижения области высоких ( Т > 3 эВ) температур ксенона с сильным кулоновским взаимодействием применялись методы дополнительной кумуляции энергии: отраженные от конденсированных преград плоские ударные волны и взрывные кумулятивные течения. Для опытов с отраженной ударной волной

Соленоид

Прегр;

Стеклянная трубка

холловские зонды

Электроды измерения электропроводности

Токовые электроды

КВВ

Линза уЭлектродетонатор Рис.1. Схема взрывной ударной трубы.

использовался линейный взрывной генератор. Столкновение движущегося потока с установленной на расстоянии 70 - 150 мм преградой из оргстекла приводит к образованию в ксеноне отраженной ударной волны, которая вызывает дополнительное его сжатие и разогрев. Использованием техники отраженных ударных волн реализованы состояния с Р ~ 4 - 8 ГПа, Т ~ 3 - 8 эВ, Г ~2 - 5, Z < 2 (Z - кратность ионизации).

Во взрывной кумулятивной ударной трубе сжатие газа сначала осуществляется продуктами детонации КВВ в условиях остроугольной геометрии. Расширение течения в стеклянную трубку вызывает в исследуемом газе мощную ударную волну, варьирование скорости которой в пределах 8 - 15 км/с осуществлялось путем изменения углов раствора конуса ~ 45 - 120°. В серии методических экспериментов с этим устройством установлено наличие одномерного течения в канале трубки и ярковыраженной высокопроводящей ударно-сжатой пробки. Применение взрывного кумулятивного устройства позволило получить ударно-сжатый ксенон с параметрами Р -0.5 - 4 ГПа, Т~ 5 - 10 эВ, Г ~ 1 - 2.5, Z < 3.

В каждом эксперименте электроконтактным базисным и, где позволяла конструкция взрывного устройства, оптическим методами фиксировалась скорость движения падающей ударной волны D - параметр, по которому определялись термодинамические свойства плазмы. Эти измерения показали существенное затухание ударной волны при высоких (Р>5 МПа) начальных давлениях газа, вызывающее заметную неоднородность параметров по толщине ударно-сжатой пробки. Оцененные на основании экспериментальных траекторий движения ударной волны величины неоднородности давления составили 10 - 20% и учитывались при обработке электрофизических измерений.

Ввиду высокого (~103 1/Ом см) уровня измерение электропроводности осуществлялось зондовым методом, обладающим высоким пространственным разрешением и относительной простотой реализации в условиях однократного динамического эксперимента. С целью устранения искажающего влияния приэлектродных электрических слоев применялась четырехточечная схема, основанная на разделении функций измерительных и подводящих ток к плазме электродов. Линейный характер вольт-амперных характеристик показывает, что

разработанная схема диагностики не приводит к нарушению изотермичное™ (Tj=Te) плазмы и устраняет влияние приэлектродных эффектов - основного недостатка зондовых методов в плотной плазме. Необходимый для определения электропроводности геометрический фактор измерительной ячейки находился в специальной серии тарировочных опытов в стационарных условиях на ионных электролитах и в динамическом режиме на ударно-сжатых воздухе, гелии и продуктах детонации. С учетом неопределенности в размерах плазменной пробки характерная погрешность измерения электропроводности не превышала 30 - 50%.

В результате экспериментов были получены данные по электропроводности ксенона в сильно закритических условиях р~1-г-4,5 (pKp~ 1,1 г/см3 ) при высоких давлениях и температурах (р ~ 2 + 11 ГПа, Т~ 1 +■ 2 эВ), где реализуется широкий спектр сильных межчастичных взаимодействий с участием нейтральных и заряженных частиц. Существенно, что таким образом удается получить плазму в экзотических условиях - ее плотность в 1,5 раза превосходит плотность твердого ксенона и сравнима с плотностью металлов. Исследованная область параметров простирается от состояний пониженной плотности, где термодинамические и электрофизические свойства вещества подчиняются плазменным моделям, и непосредственно примыкает к полученной динамическим сжатием жидкого ксенона области конденсированных плотностей, где ударная сжимаемость системы описывается зонной теорией твердых тел.

Полученные экспериментальные значения электропроводности лежат в диапазоне 10 - 250 Mo/см. Отсутствие резких скачков в ее поведении в зависимости от скорости ударных волн, а также плавный характер изменения при переходе с одной ударной адиабаты на другую, указывает на отсутствие в области исследованных параметров плазменных фазовых переходов, а также переходов, вызванных металлизацией ксенона. В целом наблюдается разумное согласие с проведенными ранее измерениями в области пониженной плотности ксенона и результатами измерений при конденсированных плотностях. Показано, что модифицированная теория Займана, с успехом использующаяся для описания процессов переноса в жидких металлах и полупроводниках и имеющая правильную асимптотику в область слабой неидеальности, удовлетворительно описывает результаты настоящих измерений вплоть до экстремально высоких параметров Г ~ 5.

Использование кумулятивных систем и отраженных ударных волн позволило провести измерения проводимости в широком диапазоне температур от Т ~ 3 эВ до области экстремально высоких температур Т ~ 10 эВ, в которой ксенон многократно ионизован (кратность ионизации достигает 3) и находится в условиях сильного кулоновского взаимодействия Г ~ 1 - 4. Электрофизические свойства такой плазмы оказались в значительной мере неожиданными и противоречащими существовавшим ранее моделям. Результаты высокотемпературных экспериментов свидетельствуют об отсутствии подобия кулоновской компоненты электропроводности неидеальной плазмы (безразмерная электропроводность силыюразогретой плазмы оказывается меньше, чем для низкотемпературной при тех же величинах параметра неидеальности Г). Этот результат находится в качественном противоречии с моделями, предельно упрощающими описание близких столкновений в плазме путем принудительного ограничения минимального прицельного расстояния тепловой дебройлевской длиной волны электрона и предсказывающими противоположную зависимость приведенной электропроводности от температуры.

Анализ высокотемпературных экспериментов показывает, что причиной этого эффекта является некулоновский характер рассеяния электронов высоких энергий на тяжелых ионах. Действительно, с ростом температуры амплитуда кулоновского

рассеяния /к ~ убывает и оказывается сравнимой с характерными размерами

ионов порядка нескольких ангстрем, так что высокоэнергетические электроны проводимости при своем рассеянии могут подходить достаточно близко к ядру, где потенциал взаимодействия с ионом уже не является чисто кулоновским и оказывается искаженным внутренними электронными оболочками. В этой

г 'е

окрестности ядра потенциал является более сильным ~- (Т - заряд ядра), чем

г

внешний ионный потенциал ~—— (2 - кратность ионизации), что приводит к

г

увеличению сечения рассеяния и, следовательно, к наблюдаемому в опытах относительному уменьшению электропроводности. Для описания эффекта некулоновского рассеяния была использована псевдопотенциальная модель, в которой проводимость вычислялась в приближении Фроста, а электрон-ионное взаимодействие описывалось эффективным парным потенциалом, имеющим вблизи

ядра асимптотику Томаса-Ферми, а на больших расстояниях совпадающим с экранированным кулоновским потенциалом. Этот потенциал использовался при численном решении уравнения Шредингера для радиальной части волновой функции с последующим расчетом транспортных сечений рассеяния методом парциальных плоских волн (использовано до 50 фаз), что позволило описать установленный в экспериментах эффект расслоения изотерм электропроводности высокотемпературной плазмы.

В третьей главе первой части описаны эксперименты по исследованию калорического уравнения состояния ксенона методом "отражения", проведенные с целью проверки используемой при интерпретации электрофизических измерений термодинамической модели. Для этого на расстоянии ~7 см от среза заряда КВВ помещалась преграда из оргстекла, взаимодействие с которой плазменного сгустка создавало отраженную ударную волну, осуществляющую дополнительное сжатие и разогрев плазмы ксенона. При этом в преграде возникала ударная волна, фиксация скорости которой позволяет определить давление (±5%), плотность и энтальпию (±15%) ксенона после его двукратного сжатия. Непротиворечивое описание этих термодинамических данных было осуществлено химической моделью плазмы, в которой кулоновское взаимодействие описывалось дебаевским приближением в большом каноническом ансамбле, а отталкивательное взаимодействие на малых расстояниях - вириальным разложением. Такая модель удовлетворительно описывает имеющиеся результаты по однократному и двукратному сжатию газообразного ксенона и с точностью до 10% воспроизводит результаты по ударной сжимаемости ксенона в жидкой фазе. Эта термодинамическая модель была использована в работе для интерпретации экспериментов.

В четвертой главе первой части рассматриваются эксперименты по отражательным и излучательным свойствам ударно-сжатой плотной плазмы. Первоначальная идея этих экспериментов заключается в использовании хорошо известного эффекта полного отражения электромагнитного излучения длиной волны X от разреженной плазмы при электронной концентрации, превышающей

лс2т „ _ „

критическую п«* > , , . Концентрация свободных носителей в плотной плазме Я е

очень велика, а потому область интересующих нас длин волн лежит в оптическом

шапазоне (песг = 1021 см"3 соответствует длина волны Л = 1.06 мкм). Так что в этом шалазоне длин волн можно ожидать особенностей в поведении как отражательных, ак и излучательных характеристик плотной плазмы. Отдельный параграф в этой лаве посвящен исследованию спектров излучения плотной плазмы ксенона. Здесь доведены измерения коэффициеотов поглощения до рекордных значений пе = 21020 см , ; также приведены данные по уширению и сдвигу линий ксенона и примесных линий люминия.

Для измерений отражения лазерного излучения от ударных волн было ыбрано излучение длиной волны Х= 1.06 мкм. Эксперименты проведены с плотной (лазмой ксенона при пе - (2 - 9)*1021 ем"3 и ударно-сжатым кремнием в области ерехода металл-диэлектрик. Эксперименты выполнены на взрывном генераторе рямоугольных ударных волн. Для вариации электронной концентрации ксеноновой лазмы опыты проводились при различных начальных давлениях ксенона Р0 =1 - 5,7 МПа. Гзменение состояний кремния осуществлялось путем использования взрывных енераторов с различными скоростями полета металлического ударника = 1 - 5 км/с. !виду значительного собственного теплового излучения ударно-сжатой плазмы в ачестве источника зондирующего излучения использовался импульсный лазер на люмоиттриевом гранате, который обеспечивал высокую спектральную яркостную емпературу и малую угловую расходимость светового потока. При исследованиях тражательных свойств кремния, температура которого не столь велика, спользовался лазер в режиме непрерывной генерации. Зондирующее излучение с омощью специальной оптической системы вводилось во взрывную камеру и после гражения от ударно-сжатого вещества фиксировалось фотоумножителями, набженными интерференционными фильтрами. Коэффициент оптического гражения плазмы К определялся путем сравнения интенсивностей падающего и граженного в апертуру приемной кольцевой линзы излучения.

Измерениями в ксеноне охвачен широкий диапазон давлений Р= 1,6 - 17 ГПа и лотностей плазмы р = 0,5 - 4 г/см3 , превосходящих плотность ксенона в эитической точке. В этих условиях реализуется сильноразогретая Г= З-Ю3 К плазма з значительным кулоновским взаимодействием Г=е2/кТгв =2 - 7. Электронная энцентрация превосходит критическую для X = 1,06 мкм величину. Коэффициент гражения достигает больших величин ~50%, близких к значениям, характерным для

металлов. Анализ зависимости коэффициента отражения от электронно? концентрации показывает на отсутствие характерной ступеньки для значений Л которая была бы в случае разреженной плазмы.

Проведенные оценки структуры ударной волны показывают, что отраженш лазерного излучения обусловлено электронными свойствами ударно-сжатой плазмы Условие малости ширины фронта ударной волны по сравнению с длиной волнь лазерного излучения оправдывает использование для теоретических оценок формуль Френеля для коэффициента отражения. Для оценки высокочастотной проводимое« были использованы наши экспериментальные данные по статической проводимосп плазмы ксенона. Такие расчеты позволяют добиться разумного описаню эксперимента лишь при высоких плотностях плазмы. Расхождение теории 1 эксперимента в области пониженных плотностей служит, по-видимому, указаниеь существования дополнительного механизма электронного рассеяния типа рассеяни; на тепловых плазменных колебаниях. Тем более, что учет условий их возникновени: приводит к разумному согласию с экспериментом (Ю.К.Куриленков 1983 Г.Э.Норман 1995).

Таким образом, проведенные эксперименты по отражению лазерной излучения от плазмы не позволили измерить ее электронную концентрацию, как эт< предполагалось при постановке эксперимента. Однако, они могут надежно служит: для проверки различных моделей неидеальной плазмы и оценки частот! электронных столкновений.

Еще более неожиданные результаты получены при измерении коэффициент отражения кремния при его ударном нагружении до давлений перехода диэлектрик металл. Одной из причин этого является значительная перестройка кристаллическо! структуры кремния под давлением. В настоящих экспериментах с крсмнис: использовались монокристаллы р-типа с исходным электросопротивлением 40 Ом-сл Образцы представляли собой призмы толщиной 1.5 мм, диаметром 15 мм, нижня грань которых была вырезана перпендикулярно оси [1 1 1], а верхняя - дл устранения интерференционных эффектов - под углом 2,5° . Для избежани "паразитных" засветок кювета наполнялась гелием при Ро=0,1 МПа. Анали характерных осциллограмм экспериментов показывает, что при входе ударной волн: в исследуемый образец пропадает отраженное от нижней грани излучение, а обща

интенсивность соответствует отражению лазерного луча только от верхней грани и составляет ~30%. Этот на первый взгляд странный эффект можно объяснить образованием многоволновой структуры ударной волны, которая экранирует металлическую фазу кремния. Однако интенсивность отраженного излучения вновь появляется, когда начинается разгрузка ударно-сжатого вещества в гелий. Отметим лишь, что именно со взаимодействием многочисленных ударных волн и волн разгрузки связано плавное нарастание отраженного излучения до своего максимального значения в ряде экспериментов. Высокая отражательная способность кремния в волне разгрузки сохраняется в течение нескольких микросекунд вплоть до момента, когда на картину отражения накладывается паразитная засветка от воздушных ударных волн вне кюветы. Результаты определения коэффициента отражения кремния при его разгрузке в гелий в зависимости от давления нагружения показывают, что при Р=10 ГПа кремний после разгрузки сохраняет свои исходные отражательные свойства К~30%. В диапазоне давлений Р-15-18 ГПа происходит резкий скачок коэффициента отражения вплоть до высоких значений 11~80%, характерных для металлов.

Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что при ударно-волновом :жатии кремния, начиная с давлений Р~15 ГПа, образуется металлическая фаза с высоким количеством носителей в зоне проводимости, которая либо сохраняется при адиабатической разгрузке кремния, либо переходит в новую фазу также металлического типа.

В связи с тем, что электронные концентрации в плотной плазме велики и ;оответствуют критическим длинам волн в ближнем инфракрасном диапазоне, здесь чожно ожидать особенностей в ее излучательных свойствах, которые должны троявляться наличием края поглощения. Для исследования этого явления были троведены специальные серии экспериментов по фиксации спектров излучения в элижнем ИК диапазоне (к ~ 800 - 1100 нм) плотной плазмы ксенона и аргона при давлениях за ударным фронтом Р ~ 0.1 - 10 ГПа. Регистрация излучения эсуществлялась пятью высокоскоростными фотодиодами. В ходе экспериментов был эбнаружен "провал" в излучении плазмы в районе 1 мкм. Однако отсутствие ¡ависимости его положения от концентрации электронов позволяет говорить о 1ругой природе его происхождения. В качестве одного из возможных объяснений в

работе предложена модель формирования в покоящемся газе за счет мощного излучения эксимеров благородных газов, которые и поглощают выходящее с фронта ударной волны излучение в районе длин волн около одного микрона.

В последнем параграфе этой главы о писаны первые измерения оптических спектров неидеальной плазмы ксенона в диапазоне параметров по электронной концентрации пе~5-1018-2-1021 см'3 при температуре Т~ 1.5-3 eV и параметре неидеальности Г~0.1-1. Для генерации плотной плазмы использовались взрывные генераторы прямоугольных ударных волн различной длительности и амплитуды, действие которых основано на ускорении продуктами детонации металлических ударников до скоростей 3,5-5,5 км/с. Использование техники динамической генерации плазмы и методов регистрации наносекундного диапазона позволило провести измерения коэффициента поглощения плотной неидеальной плазмы ксенона в видимом диапазоне спектра 400 - 600 нм, а также на трех выделенных спектральных участках: 560 нм, 810 нм и 880 нм. Массив экспериментальных данных, полученных при температуре Т-1.5 eV при различных плотностях плазмы вблизи порога фотоионизации ксенона, показывает на отсутствие в спектре излучения отдельных линий атомов. Непрерывное излучение оказывается в 3-5 раз ниже рассчитанного Шлютером, приближаясь к значениям, определяемым свободно-свободными переходами. В измерениях при Т~2.5 eV обнаружены линии ионов ксенона, которые при увеличении плотности плазмы "растворяются" и исчезают. Проведены специальные измерения уширения и сдвига примесных резонансных линий алюминия при различных концентрациях электронов в плазме ксенона. Получены экспериментальные значения ширины контуров на их полувысоте и сдвига линий. Экспериментальные значения для электронной плотности пе<1019 см'3 находятся в хорошем согласии с теорией. Значительное относительное отклонение наблюдается для пе>21019 см"3. Исследованные спектры получены впервые в мире и дальнейшая их обработка позволит значительно продвинуться в понимании процессов в плотной плазме.

В пятой главе первой части работы проведены оценки параметров эффекта Холла в ударно-сжатой плазме воздуха, гелия и ксенона и описываются методические эксперименты на отраженной волне в гелии с целью определения

возможности измерения электронной концентрации плазмы по её взаимодействию с магнитным полем.

Проведены расчеты параметров плазмы воздуха, гелия и ксенона за фронтом прямых и отраженных мощных ударных волн, генерируемых взрывом. В результате вычислений выделены гидродинамические параметры течения, при которых магнитное поле свободно проникает в плазму. Для воздуха это достигается при скоростях ударной волны 0<8 км/с, для гелия при 0<\2 км/с и в ксеноне при Б<4 км/с. При этом плазма оказывается частично-ионизованной, параметр неидеальности в ксеноне достигает 2.

Измерения проведены в импульсном магнитном поле, для создания которого собрана батарея конденсаторов напряжением 10 КВ энергией до 500 кДж, разбитая на четыре секции работающие независимо. Первые три секции используются для запитки соленоида, наматываемого на каркасе взрывной ударной трубы, внутри которого генерируется магнитное поле до 5 Тл. Четвертая секция используется для генерации поперечного электрического поля в плазме. Проведены эксперименты по регистрации эффекта Холла и электропроводности слабонеидеалыюй гелиевой плазмы за отраженной ударной волной. Измерения в отраженной волне мотивируются тем фактом, что остановка потока ударно-сжатой плазмы исключает искажающее влияние ЭДС магнитной индукции, генерируемой при движении плазмы в магнитном поле. Результаты этих измерений показали принципиальную возможность измерения холловского напряжения в условиях динамического эксперимента. Разработанная методика будет в дальнейшем использована для измерений электронной концентрации в сильнонеидеальной плазме.

В шестой главе диссертации в качестве примера использования полученных данных по теплофизическим свойства плазмы с сильным межчасгичным взаимодействием проведены расчеты оптимальных параметров взрывных МГД-генераторов на неидеалыюй плазме.

Взрывные МГД-генераторы представляют собой интерес как источники

энергии, способные обеспечить в частотном режиме импульсы электроэнергии до 10 -6 -з

МДж за времена 10 —10 с. Рабочим телом в этих устройствах служит ударно-сжатая плазма аргона, ксенона и воздуха, генерируемая за фронтом мощных ударных волн, которые образуются при детонации взрывчатых веществ. Представляет интерес

оценить возможные параметры такого рода взрывных МГД-генераторов в зависимости от параметров генерируемых взрывов ударных волн. Анализ принципиальной электрической схемы МГД-генераторов показал наличие оптимальных условий выделения энергии на омической нагрузке £; в зависимости от параметров ударно-сжатой плазмы. В сделанных предположениях задача о нахождении оптимальных скоростей ударных волн в рабочем газе при характерных величинах толщины ударно-сжатой пробки для получения максимальных величин энергии, выделившейся в омической нагрузке, сводится к нахождению электропроводности и массовой скорости плазмы за фронтом ударного разрыва и последующему определению значений е/иу, (\ч0 —энергия начального магнитного поля), определяющих эффективность работы генератора. Проведены расчеты зависимостей £//и>„ при коэффициенте изменения индуктивности цепи N=50 в зависимости от скорости ударных волн в аргоне, ксеноне и воздухе при различных начальных давлениях. Показано, что наиболее легко достигаются оптимальные условия работы взрывных МГД-генераторов в ксеноне при повышенном начальном давлении.

Вторая часть диссертации посвящена проблемам преобразования химической энергии конденсированных взрывчатых веществ в энергию электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне длин волн. В качестве отправной точки взяты физические проблемы согласования релятивистского излучателя - виркатора, обладающего высокой (до 40%) эффективностью преобразования энергии электронного пучка в энергию излучения, и взрывомагнитных генераторов (ВМГ), способных превращать десятки процентов энергии КВВ в электрическую энергию.

В первой главе проведен обзор методов генерации мощных электрических импульсов при работе взрывомагнитных генераторов, которые стали надежным и испытанным инструментом исследований при решении задач современной физики высоких концентраций энергии. Использование широкого спектра экспериментальных устройств сделало возможным получение в лабораторных условиях импульсов электромагнитной энергии рекордных параметров: магнитных полей до 2500 Тл, токов до 300 МА, энергии электрического импульса до 100 МДж при мощности ~10 ТВт. В большинстве проведенных экспериментов с помощью

ВМГ осуществлялась запитка малоиндуктивных нагрузок, что обусловлено высокой эффективностью преобразования энергии до 30% при работе ВМГ на такие нагрузки. Интерес к исследованию возможности применения магнитных генераторов в качестве источника энергии для нетрадиционных высокоимпедансных нагрузок появился лишь в последнее время в связи с разработкой новых систем питания для электронных ускорителей, мощных излучателей, рельсотрона, возбуждения лазеров и т.д.

Во второй главе представле анализ "бестрансформаторной" схемы, предложенной в настоящей работе для согласования такого рода нагрузок с ВМГ. Основными элементами предложенной схемы, показанной на Рис.2, являются ВМГ с перехватом магнитного потока, размыкающий ключ на основе взрывающихся проволочек и излучатель на основе триода с виртуальным катодом. Показано, что для получения в виркаторе напряжений до 500 кВ при токе -15 кА, необходимых для генерации мощного СВЧ-излучения, достаточно, чтобы ВМГ вырабатывал на индуктивной нагрузке Ь„~ 5 мкГн и взрывающихся проводниках энергию несколько килоджоулей за время порядка десяти микросекунд.

В третьей главе описаны физические модели работы ВМГ, принципы оптимизации устройств, различные конструкции ВМГ и результаты экспериментов работы ВМГ с перехватом магнитного потока на высокоиндуктивные нагрузки.

Идея использования принципа перехвата магнитного потока была впервые рассмотрена в работах В.К.Чернышева и А.И.Павловского (1978г.). Магнитный поток в генераторе создается при разряде источника тока (запиточного ВМГ или конденсаторной батареи) на внешний соленоид. В момент достижения максимума тока лайнер с КВВ расширяется и замыкает цепь внутренней спирали генератора. При дальнейшем движении лайнера магнитный поток, созданный внешним соленоидом "перехватывается" внутренним соленоидом. В цепи нагрузки появляется ток.

Предложена многоконтурная теоретическая модель работы ВМГ с перехватом потока, на основе которой проведены расчеты необходимых параметров генераторов, оценки потерь магнитного потока и проведена оптимизация конструкций.

Для эффективной работы ВМГ необходимо выбирать большие значения индуктивности внутренней спирали. Однако, вследствие высокой скорости нарастания магнитного поля при сжатии магнитного потока в объеме генератора

развиваются сильные электрические поля, способные привести к возникновению пробоев и снижению энергии в нагрузке. Напряжение на выходе генератора для нашего случая окажется не менее 50 кВ. Для эффективной работы генератора необходимо обеспечить как соответствующую межвитковую изоляцию, так и изоляцию, предотвращающую пробой лайнер-спираль. Именно поэтому в ВМГ с осевым инициированием для получения импульсов высокого напряжения мы отказались от скольжения лайнера по статору, а витки спирали наматывались проводом в стекловолоконной изоляции на толстой полиэтиленовой трубе, обеспечивающей отсутствие пробоя лайнер-статор. В генераторах со скользящим контактом толщину изоляции нельзя делать сколько угодно большой, так как это приводит к увеличению толщины слоя, из которого магнитный поток не выдавливается, что резко ограничивает добротность ВМГ, потери потока в цепи значительно возрастают. В цилиндрических ВМГ со скользящей точкой контакта внутренний соленоид изготавливался из медного провода, который укладывался равномерно в один заход в канавки, прорезанные в полиэтиленовой или фторопластовой трубе. Сверху соленоида наносился эпоксидный компаунд и наматывался слой фторопластовой ленты, на которой закреплялся внешний соленоид. Вся сборка стягивалась затем стеклолентой, пропитанной эпоксидным компаундом. В качестве лайнера использовались медные трубы диаметром 30-70 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Конические генераторы более быстрые, чем цилиндрические. Так как возникающие в таком генераторе напряжения выше, для провода использовалась фторопластовая изоляция. Перед каждым экспериментом измерялись индуктивности соленоидов, определялись их коэффициенты связи. Готовые изделия проверялись в соответствующих точках на электрическую прочность при постоянном напряжении до 50 кВ и импульсном до 150 кВ.

Для проверки возможностей предложенных конструкций ВМГ были проведены специальные серии экспериментов с осевыми, цилиндрическими, коническими и двухкаскадными генераторами. Для измерения тока запитки использовался пояс Роговского. Ток генератора и его производная измерялись двумя индуктивными датчиками разной чувствительности, расположенными в нагрузке. В ходе экспериментов реализованы в высокоиндуктивных нагрузках за времена до 15 мке токи до 100 кА, энергии импульса до 6 кДж. Максимальные значения

оэффициента усиления магнитного потока достигали 6, а коэффициента усиления нергии до 20. Наиболее малые времена работы 5 - 7 мкс удается реализовать на онических генераторах. В целом исследованные конструкции конических ВМГ при воей компактности характеризуются коэффициентами усиления энергии до двух аз, что близко к предельным теоретическим величинам для данных генераторов. 1отери потока в генераторе превышают 50%, что объясняется наличием толстой золяции на спиралях для исключения пробоев. Форма импульсов тока и напряжения ри работе ВМГ с осевым инициированием отличается высокой скоростью арастания сигнала в конце работы ВМГ. Однако, вследствие малых величин оэффициента перестройки эффективность передачи энергии из контура в контур казывается низкой до 33%. Цилиндрические генераторы оказываются наиболее добными для получения экстремальных значений коэффициентов усиления [агнитного потока и усиления энергии. Разработанные конструкции позволяли охранять до 90% захваченного магнитного потока. Однако для обеспечения таких араметров приходится снижать уровень реализуемых в генераторе напряжений за чет увеличения времени его работы.

Проведенные исследования позволили создать конструкцию двухкаскадного 1МГ, основанную на идее разделения функций работы каскадов. В работе редставлены результаты исследований двухкаскадных ВМГ с перехватом потока и ачальной энергией запитки несколько сот джоулей, вырабатывающих на ысокоиндуктивных нагрузках (~5 мкГн) энергию 3-6 кДж за время -10 мкс. Первый аскад со специально профилированным шагом рабочей спирали, обеспечивающим апряжение холостого хода на внутренней спирали второго каскада менее 60 кВ, силивает начальную энергию в несколько сот джоулей в 20 - 30 раз за время около 0 мкс. Второй каскад обостряет электрический импульс в нагрузке, 'ассматриваются результаты экспериментов с двухкаскадными ВМГ с диаметром абочей спирали бустерного каскада 100 мм и конусным обострителем, а также с иаметром рабочей спирали 60 мм и цилиндрическим обострителем. Получено общее силение энергии генераторов в 9-11 раз. Экспериментальные результаты равниваются с численным моделированием работы ВМГ.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования показали ффективность использования ВМГ с перехватом магнитного потока для получения

импульсов энергии ~6 кДж за время 10-15 мкс в высокоиндуктивных нагрузках.

Описание экспериментального стенда для исследований преобразования химической энергии КВВ в энергию электромагнитного излучения проведено е четвертой главе. Экспериментальный стенд, на котором проводились эксперименты, создан на базе электродинамической установки ИХФЧ РАН. Он состоит из взрывной металлической камеры на 6 кг ТНТ, в которой проводился подрыв ВМГ; низковольтной батареи конденсаторов энергией до 0.5 МДж и напряжением зарядки до 10 кВ; накопительной индуктивности (¿„), электровзрывного прерывателя тока (ЭВП), обостряющего разрядника и обостряющей емкости, конструктивно размещенных в одном блоке; виркатора, включающего в себя вакуумный диод с проходным изолятором и системой вакуумной откачки; генератора импульсных напряжений на 500 кВ (ГИН), необходимого для имитации работы ВМГ и отладки всех систем диагностики.

В пятой главе второй части диссертации рассмотрены результаты исследований генерации импульсов высокого напряжения и мощного СВЧ-излучения при работе ВМГ на триод с виртуальным катодом.

Использование ВМГ с перехватом магнитного потока позволило разработать бестрансформаторную схему генерации импульсов высокого напряжения на нагрузках диодного типа. Ее основу составляют "бустерный" спиральный ВМГ с перехватом потока, выполняющий роль энергетического источника, "быстрый" высоковольтный ВМГ с перехватом потока, взрывающиеся проволочки, газонаполненный разрядник, обостряющая емкость и виркатор. От небольшой емкости С0 =10"4 Ф напряжением 3 кВ осуществляется запитка внешней спирали бустерного ВМГ Ьц, который усиливает электрическую энергию в нагрузке Ь1 • внешнем соленоиде высоковольтного ВМГ. В экспериментах с ВМГ с осевым инициированием для запитки использовались обычные спиральные генераторы с энергией на выходе до 60 кДж. Заряд взрывчатого вещества инициируется таким образом, чтобы замыкание вторичной цепи взрывным ключом произошло в момент максимума тока. При расширении лайнера высоковольтного генератора магнитный поток "перехватывается" внутренним соленоидом Ь2, вызывая появление тока в цепи электровзрывного прерывателя Ле. Высоковольтный ВМГ работает 6-8 мкс, вырабатывая напряжение 30 - 200 кВ при токе до 30 кА. Электровзрывной

С л

о

Рис.2. Схема эксперимента 1 - ВМГ, 2 - электровзрывной прерыватель, 3 - виркатор

рерыватель тока представляет собой набор из нескольких десятков (N=30-60) араллельно соединенных медных проводников диаметром й = 40 - 50 мкм длиной ~ ,5-1 м, помещенных в азот под давлением 0,5 МПа. Геометрические размеры роволочек подбирались таким образом, чтобы максимальная скорость роста их лектросопротивления (стадия собственно электрического взрыва) достигалась в онце работы ВМГ. В связи с тем, что конструкции высоковольтных генераторов ыдерживали напряжения до 200 кВ, а при электровзрыве они достигали 600 кВ, [ежду ВМГ и электровзрывным прерывателем тока включалась индуктивность Ьп, редназначенная для электрической развязки и накопления энергии. Возникающее ри размыкании тока перенапряжение приводит к пробою разрядника Р, и ысоковольтный импульс прикладывается к аноду виркатора А, вызывая взрывную

эмиссию с катода С, формирование электронного пучка и генерацию СВЧ излучения.

Для подбора оптимальных величин параметров используемых экспериментах устройств было проведено численное интегрирование уравнени Кирхгоффа для электрической цепи, где в качестве нелинейных элементов входя ВМГ, ЭВП, разрядник и виркатор.

Были подготовлены и проведены специальные серии экспериментов п генерации на виркаторе импульсов высокого напряжения, электронного пучка ! импульсов СВЧ-излучения с помощью энергии взрыва. В каждом эксперимент измерялись ток и его производная в индуктивной нагрузке, во внешнем соленоид высоковольтного ВМГ и в запиточной цепи "бустерного" генератора двумя поясам] Роговского или индуктивными датчиками разной чувствительности. Токи чере виркатор и ЭВП измерялись малоиндуктивными шунтами, а напряжения омическими делителями. Регистрация СВЧ-сигнала осуществлялась рупорно антенной с ламповым СВЧ-диодом, расположенной на расстоянии 1,5 м о виркатора. Мощность излучения оценивалась по диаграмме направленносл излучения с фиксированной длиной волны.

Были проведены экспериментальные исследования работоспособност: предложенной схемы, ее возможности по формированию импульса напряжения > требуемыми характеристиками фронта, длительности, а также по генерации СВЧ излучения. В ходе экспериментов оптимизировались параметры ЭВП, накопительно] индуктивности, катода, величины промежутка катод-анод и другие параметры.

Для более полного понимания условий генерации СВЧ- колебаний в триод! были экспериментально изучены, а затем проанализированы схемы:

1. ГИН, разделительный разрядник, триод

2. ГИН, накопительная индуктивность, ЭВП, разрядник, триод

3. ГИН, накопительная индуктивность, ЭВП, обостряющая емкость, разрядник, триод

4. ВМГ, накопительная индуктивность, ЭВП, разрядник, триод.

В последней схеме эксперименты проводились на спиральных ВМГ I перехватом потока двух типов: с осевым инициированием и со скользящик контактом. В ходе экспериментов изменялись параметры генераторов и из

¡апиточные токи, использовались также нагрузки с различной индуктивностью L„ =4,8-8,9 мкГн. Токи, вырабатываемые ВМГ в этих опытах на индуктивной нагрузке составили до 30 кА при энергии не более 2 кДж. В ходе экспериментов «менялись также параметры ЭВП и осуществлялся подбор режимов, наиболее зыгодных с точки зрения получения высоких напряжений на виркаторе. Энергия, необходимая для взрыва проводников, составляла 2-3 кДж. В результате к виркатору тодводились импульсы напряжения до 600 кВ длительностью 180 - 500 не и крутизной переднего фронта ~ 60 не. Амплитуда тока в триоде достигала 16 кА, что :оответствует мощности релятивистского электронного пучка ~ 10 ГВт. Пиковая мощность выведенного в атмосферу СВЧ-излучения составила 100 - 120 МВт на длине волны А. =10 см при длительности сигнала 100 - 200 не.

Анализ формы типичных сигналов импульсов напряжения, тока и огибающих ЗВЧ-импульсов показывает на несоответствие моментов достижения максимальных значений напряжения, тока и мощности излучения. Генерация начинается и проходит на спаде импульсов напряжения и тока , что приводит к нестабильности процесса зозбуждения электромагнитного излучения в триоде с виртуальным катодом, чем и эбъясняется сравнительно невысокий уровень полученных мощностей. Все это говорит о недостаточной согласованности элементов схемы в проведенных экспериментах.

Для повышения коэффициентов преобразования и передачи энергии в рассмотренной схеме требуются дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования.

выводы

На основании материала изложенного в диссертации можно сделать следующие основные выводы:

1. Разработанные взрывные устройства для генерации широкого спектра состояний неидеальной плазмы в мощных ударных волнах и методы исследования ее электрических, термодинамических и оптических свойств обеспечили возможность проведения измерений параметров плазмы воздуха, гелия, неона, аргона, ксенона в условиях сильного кулоновского межчастичного взаимодействия при Г-0.3-4.5; ксенона в закритических условиях при р~1-4 г/см3, Р-1-11 ГПа, Т~1-2 эВ, где реализуется широкий спектр сильных межчастичных взаимодействий с участием нейтральных и заряженных частиц; сильноразогретой неидеальной плазмы ксенона при Т-3-10 эВ, р~0.05-2 г/см3, Р-0.5-8 ГПа.

2. Проведены измерения электропроводности ксенона в закритических условиях, которые показали отсутствие резких скачков в поведении электропроводности в области исследованных параметров, что можно было бы интерпретировать как плазменные фазовые переходы или переход ксенона из диэлектрического в металлическое состояние; установлена применимость газовой модели для описания полученных данных.

3. В результате исследований электропроводности неидеальной (до Г~5) плазмы воздуха, неона, аргона и ксенона в широком диапазоне температур ( до Т~10 эВ) обнаружен эффект некулоновского рассеяния электронов на ионах и показано качественное согласие полученных экспериментальных данных с моделью, описывающей наличие внутренних электронных оболочек ионов в псевдопотенциальном приближении методом парциальных волн.

4. Выполнены измерения коэффициента отражения лазерного излучения от плотной ударно-сжатой плазмы ксенона. Проведено сравнение с различными модельными расчетами и показана возможность оценки частоты электронных столкновений в условиях эксперимента. По отражению лазерного излучения зафиксировано образование под действием интенсивных ударных воль металлической метастабильной фазы кремния.

5. Экспериментально обнаружена "щель" в излучении ударно-сжатой плазмы )гона и ксенона в ближнем инфракрасном диапазоне. Предложена модель ормирования в покоящемся газе за счет мощного излучения эксимеров гагородных газов, которые поглощают выходящее с фронта ударной волны 5лучение в районе длин волн около одного микрона.

6. Проведены измерения спектра излучения плотной плазмы ксенона с лсоким временным разрешением. Получены данные по коэффициентам поглощения :еноновой плазмы до значений электронной концентрации Ые ~ 2 1020 см"3, риводятся данные об уширении, сдвиге и исчезновении спектральных линий :енона и примесных линий алюминия в зависимости от плотности плазмы.

7. Предложена методика измерений электронной концентрации плотной лазмы за фронтом прямой и отраженной ударных волн по ее взаимодействию с ильным магнитным полем. Получены экспериментальные данные по измерению ])фекта Холла в слабонеидеальной плазме гелия.

8. Предложена и проанализирована оригинальная "бестрансформаторная" кема преобразования химической энергии конденсированных взрывчатых веществ в иергию высоковольтного электрического импульса, электронного пучка и нектромагнитного излучения, которая позволяет проводить эксперименты на низком ровне электрической энергий в несколько килоджоулей в лабораторных условиях ри небольшой массе взрывчатых веществ (до 1 кг) и допускает моделирование аботы взрывного преобразователя от емкостного накопителя.

9. Разработаны физические принципы работы и отлажены взрывомагнитные енёраторы с перехватом магнитного потока различных типов для работы в оестрансформаторной" схеме: цилиндрические с осевым инициированием, илиндрические и конические со скользящей точкой контакта, двухкаскадные енераторы. Предложены теоретические модели работы ВМГ с перехватом потока.

10. В устройствах, использующих в качестве излучателя триод с виртуальным атодом, экспериментально показана возможность генерации мощных импульсов ;ВЧ-излучения с помощью химической энергии конденсированных взрывчатых еществ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Ю.В.Иванов, В.Е.Фортов, В.Б.Минцев, А.Н.Дремин. Электропроводность неидеальной плазмы. ЖЭТФ, 1976, 81, №1, стр.216-223.

2. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Электропроводность ксенона в закритических условиях. Письма в ЖЭТФ, 1979, 30, №7, стр.401-404.

3. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов, В.К.Грязнов. Электропроводность высокотемпературной неидеальной плазмы. ЖЭТФ, 1980, 79, №1, стр.116-124.

4. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Взрывные ударные трубы. Препринт ОИХФ. Черноголовка, 1980,32 стр.

5. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Использование взрывных ударных труб в физических экспериментах. Препринт ОИХФ. Черноголовка, 1982, 24 стр.

6. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Оптимальные условия работы взрывных МГД-генераторов. Теплофизика высоких температур, 1982, 20, №3, стр.584-586.

7. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Взрывные ударные трубы. Теплофизика высоких температур, 1982, 20, №4, стр.745-764.

8. В.Б.Минцев, Ю.Б.Запорожец, В.Е.Фортов, О.М.Батовский. Отражение лазерного излучения от ударно-сжатой плазмы ксенона высокого давления. Письма в ЖТФ 1984, 10, №21, стр.1339-1343.

9. В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Теплофизические свойства плотной плазмы взрывных МГД-генераторов. В кн.:"Сверхсильные магнитные поля. Физика. Техника. Применение." Труды 3-й Международной конференции по генерации мегагауссовых магнитных полей и родственным экспериментам. Москва:"Наука", 1984, стр.259-262.

10. Ю.Б.Запорожец, В.Б.Минцев, В.Е.Фортов. Образование металлической фазы при сжатии кремния ударными волнами. Письма в ЖТФ, 1987, 13, №4, стр.204-207.

11. А.А.Великий, Г.В.Долгополов, А.Г.Жерлицын, В.П.Исаков, М.В.Лопатин,

A.В.Мальцев, В.Б.Минцев, С.А.Тимченко, А.Е.Ушнурцев, В.Е.Фортов,

B.И.Цветков. Исследование работы спиральных взрывомагнитных генераторов с осевым инициированием. Препринт. Черноголовка, 1989,44 стр.

2. V.B.Mintsev, Yu.B. Zaporogets. Reflectivity of Dense Plasma. Contribution Plasma Physics, 1989, v.29, № 4-5, p.493-501.

3. А.Г.Жерлицын, В.П.Исаков, М.В.Лопатин, Г.В.Мельников, В.Б.Минцев, С.А.Тимченко, В.Е.Фортов, В.И.Цветков. Генерация импульсов высокого напряжения взрывомагнитным генератором с осевым инициированием. Теплофизика высоких температур, 1990, 28, №5, стр.370-380.

4. A.G.Zherlitsin, V.P.Isakov, M.V.Lopatin, G.V.Melnikov, V.B.Mintsev, S.A.Timchenko, V.E.Fortov, V.I.Tsvetkov. High voltage pulse generation using an explosive magnetic generator with axis initiation. In book: Megagauss fields and Pulsed Power Systems. New York, 1990, p.607-613.

5. Е.И.Азаркевич, А.Н.Диденко, П.В.Долгополов, А.Г.Жерлицын, В.П.Исаков,

A.А.Леонтьев, М.В.Лопатин, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, Г.П.Фоменко,

B.Е.Фортов, В.И.Цветков, В.Б.Шнейдер, Б.К.Ясельский. Генерация импульсов СВЧ излучения с помощью энергии химических взрывчатых веществ. ДАН СССР, 1991, т.319, N2, с.352-355.

6. В.Н.Махлайчук, В.Б.Минцев, Й.Ортнер, В.М.Рылюк, И.М.Ткаченко, В.Е.Фортов. Структурные характеристики и отражение лазерного излучения от ударно-сжатой плазмы ксенона. Препринт ИХФЧ, Черноголовка, 1991. 21стр.

7. Е.И.Азаркевич, А.Н.Диденко, А.Г.Жерлицын, Ю.В.Карпушин, А.А.Леонтьев, Г.В.Мельников, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, В.Е.Фортов, В.И.Цветков, В.Б.Шнейдер, Б.К.Ясельский. Получение импульсов СВЧ-излучения с помощью энергии химических взрывчатых веществ.печ. Препринт ИХФЧ, Черноголовка, 1992, 93стр.

8. V.E.Fortov, M.I.Kulish, V.B.Mintsev, J.Ortner, I.M.Tkachenko. IR Spectra of Dense Xenon and Argon Plasmas. In book: Physics of Nonideal Plasmas, Edited by W.Ebeling, A.Forster, R.Radtke. B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart - Leipzig, 1992, pp. 241-249.

9. В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, В.Е.Фортов. Модели работы ВМГ с перехватом магнитного потока. Теплофизика выс. темпер., 1993, том 31, №3, с.469-477.

0. Ю.В.Карпушин, А.А.Леонтьев, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, В.Е.Фортов. Экспериментальные исследования компактных ВМГ с перехватом магнитного потока. Теплофизика выс. темпер., 1993, том 31, №4, с.662-669.

21. Е.И.Азаркевич, А.Н.Диденко, А.Г.Жерлицын, Ю.В.Карпушин, А.А.Леонтьев, Г.В.Мельников, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, В.Е.Фортов, В.И.Цветков, В.Б.Шнейдер, Б.К.Ясельский. Генерация электронного пучка и импульсов СВЧ-излучения с помощью энергии химических взрывчатых веществ. Теплофизика выс. темпер., 1994, том 32, №1, с.127-132.

22. Yu.V.Karpushin, A.A.Leontyev, V.B.Mintsev, A.E.Ushnurtsev, V.E.Fortov. Testing oi Compact Magnetocumulative Generators with flux trapping. In Book: Megagauss Magnetic Fields Generation and Pulsed Power Applications. Edited by M.Cowan and R.B.Spielman. Nova Science Publishers Inc. 1994. Part II., p.947-954.

23. E.I.Azarkevitch, A.N.Didenko, A.G.Zherlitsin, Yu.V.Karpushin, A.A.Leontyev,

G.V.Melnikov, V.B.Mintsev, A.E.Ushnurtsev, V.E.Fortov, V.I.Tsvetkov, V.B.Shneyder, B.K.Yaselskiy. Generation of High Power Electron Beam and Microwave Radiation with the aid of High Explosive. In Book: Megagauss Magnetic Fields Generation and Pulsed Power Applications. Edited by M.Cowan and R.B.Spielman. Nova Science Publishers Inc. 1994. Part II., p.939-946.

24. М.И.Кулиш, В.К.Грязнов, С.В.Квитов, Минцев В.Б., Д.Н.Николаев, В.Я.Терновой, А.С.Филимонов, В.Е.Фортов, А.А.Голубев, Б.Ю.Шарков, Д.Хоффманн, К.Штокль, Х.Ветцлер. Коэффициенты поглощения плотной плазмы аргона и ксенона. Теплофизика выс. темпер., 1995, том 33, №6, с.967-971

25. M.Kulish, V.Gryaznov, A.Mezhiba, V.Mintsev, V.Fortov, D.H.H.Hoffmann, C.Stockl

H. Wetzler, M.Dornik, W.Laux, B.Sharkov, A.Golubev. Nonideal Plasma of Ar and Xf in Shock Waves. In book: Physics of Strongly Coupled Plasmas, WC, 1996, p.337-343.

26. А.А.Леонтьев, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, А.В.Шурупов, В.Е.Фортов. Оптимизация работы короткоимпульсных ВМГ. Труды Межд. конф. Мегагаусс-7, Саров, 1996, стр. 26.

27. А.А.Леонтьев, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, А.В.Шурупов, В.Е,Фортов. Двухкаскадные ВМГ с перехватом потока. Труды Межд. конф. Мегагаусс-7, Саров, 1996, стр. 28.

28. С.В.Дудин, В.Б.Минцев, А.Е.Ушнурцев, В.К.Грязнов, Н.В.Шилкин. Взаимодействие ударно-сжатой плазмы с сильными магнитными полями. Труды Межд. конф. Мегагаусс-7, Саров, 1996, стр. 90.

9. M.Kulish, V.Gryaznov, A.Mezhiba, V. Mintsev, V.Fortov, D.H.H.Hoffmann; C.Stockl, H.Wetzler; M. Dornik, W. Laux; B.Sharkov, A. Golubev. Experimental Study of A1 line in dense Xenon plasma. XXIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Contributed Papers, Toulouse, 1997,1-212 - 1-213.

0. V.B.Mintsev, S.V.Dudin, V.K.Gryaznov, N.S.Shilkin, A.E.Ushnurtsev, V.E.Fortov. Investigations of shock compressed plasma parameters by interaction with magnetic field. Bulletin of the American Physical Society, Vol.42, No. 5, July 1997, p. 1494.

1. Э.И.Асиновский, В.А.Зейгарник, Е.Ф.Лебедев, В.Б.Минцев, В.Е.Осташев, В.П.Панченко, В.Е.Фортов. Импульсные МГД-преобразователи химической энергии в электрическую. Москва, Энергоатомиздат, 1997.