стенд для испытания образцов и изделий на ударное воздействие

Формула изобретения

Стенд для испытания образцов на ударное воздействие сверхсильных магнитных полей, содержащий батарею конденсаторов, подсоединенную к коммутирующему разряднику и к внешнему коаксиальному электроду, причем разрядник соединен с внутренним коаксиальным электродом, а в межэлектродном пространстве размещена изоляция между электродами, отличающийся тем, что внешний электрод выполнен в верхней части в виде полого полушара, внутренний - в виде полого усеченного конуса, при этом межэлектродное пространство сужено в направлении к фокальной точке в радиальном и аксиальном измерениях, причем в электродах выполнены радиальные прорези, а батарея конденсаторов подсоединена к электродам симметрично и аксиально.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области исследования физики управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано для испытаний образцов и изделий при объемном ударном воздействии плотной плазмы.

Известны стенды для испытаний образцов и изделий на ударное воздействие сильных магнитных полей и плазмы (Лагутин А.С., Ожогин В.И. "Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперименте. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 192с). Такие конструкции стендов не позволяют реализовать ударное объемное воздействие плотной (сжатой) плазмы на объект испытания с устойчивой высокой надежностью и повторяемостью процесса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является испытательный стенд для испытания образцов и изделий на ударное воздействие, содержащий батарею конденсаторов, коммутирующий разрядник, внешний и внутренний коаксиальные электроды с межэлектродным пространством и изоляцией между ними. В этом устройстве радиальный разряд возникает на одном конце коаксиального электрода, распространяется вдоль оси и, достигая конца электрода, коллапсирует в фокальной точке. Во время такого процесса плотная плазма захватывает и сжимает магнитный поток, тем самым генерируя сверхсильное магнитное поле. Характерное время сжатия очень мало, 10^-7с, так как плотность плазмы, а следовательно, и инерционность "плазменного лайнера" ножного меньше, чем у металлического. Этот метод кумуляции магнитного потока называется "плазменный фокус Филиппова" (Сильные и сверхсильные магнитные поля и их применения: Пер. с англ./Под ред. Ф. Херлаха.- М.: Мир, 1998.-456 с. , ил.; Лагутин А.С., Ожогин В.И. Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперименте М.: Энергоатомиздат, 1988, -192 с.)

Недостатком известного устройства является малая вероятность обеспечения скользящего разряда по всей образующей с последующим развитием радиального плазменного разряда (шнура) и синхронным его ускорением в аксиальном направлении до схлопывания в фокальной точке, образующего ударное воздействие на испытуемое тело. Чаще всего пробой происходит по одному из наименее электрически прочному пути изоляционного покрытия внутреннего электрода. Затем, после образования плазменного канала, происходит только его ускорение. Коллапса (встречного схлопывания плазменных образований) не происходит.

Надежность срабатывания такого устройства снижена также из-за наличия острых углов в верхней части электродов, что может привести к электрическому пробою промежутка именно в этих местах в начале формирования процесса пробоя и излишнему растяжению дуги при ее ускорении, непосредственно перед коллапсом.

Очевидно, что эти недостатки усугубляются несимметричным подключением батареи конденсаторов вследствие влияния индуктивностей диаметрально противоположных участков электродной системы. Наименьшую индуктивность имеет участок петли в месте подключения батареи конденсаторов, где наиболее вероятно прохождение скользящего разряда, образование плазменного шнура и ускорение только к его фокальной точке.

Коллапса в этом случае не происходит. Это приводит к неравномерному воздействию плазмы на испытываемый образец.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение скользящего разряда по всей образующей с последующим развитием радиального плазменного разряда (шнура) и синхронным его ускорением в аксиальном направлении до схлопывания в фокальной точке, образующего ударное воздействие на испытуемое тело, а также повышение надежности работы стенда.

Указанный технический результат достигается тем, что в стенде для испытания образцов на ударное воздействие сверхсильных магнитных полей, содержащем батарею конденсаторов, подсоединенную к коммутирующему разряднику, соединенному с внутренним коаксиальным электродом, и к внешнему коаксиальному электроду, и изоляцию между электродами, размещенную в межэлектродном пространстве, поверхность внешнего электрода в верхней части выполнена в виде полушара, а поверхность внутреннего электрода в верхней части - в виде усеченной конусообразной поверхности, при этом межэлектродное пространство сужено в направлении к фокальной точке в радиальном и аксиальном измерениях, причем электроды выполнены с радиальными прорезями, а батарея конденсаторов подсоединена к электродам симметрично и аксиально.

На чертеже приведена схема реализации предлагаемого испытательного стенда, где 1 - внутренний коаксиальный электрод, в верхней части выполненный в виде усеченного конуса, 2 - внешний электрод, в верхней части выполненный в виде полушара, батарея конденсаторов С, подсоединенная к коммутирующему разряднику Р, соединенному с внутренним коаксиальным электродом, и к внешнему коаксиальному электроду, изоляция 3 между электродами, размещенная в межэлектродном пространстве 4, при этом межэлектродное пространство сужено в направлении к фокальной точке а в радиальном и аксиальном измерениях, причем электроды выполнены с радиальными прорезями 5, а батарея конденсаторов подсоединена к электродам симметрично и аксиально.

Радиальные, продольные прорези 5 разделяют электроды на 4-8 частей. Внутренний (конусообразный) электрод покрыт сплошной изоляцией без прорезей. Внешний (шарообразный в верхней части) электрод в месте схлопывания плазменных образований имеет окно 6 для размещения испытываемого образца. Окно закрывается крышкой 7.

Стенд работает следующим образом.

При разряде батареи конденсаторов С через коммутирующий разрядник Р разрядное напряжение прикладывается к межэлектродному промежутку 4. Наименьшей электрической прочностью в промежутке 4 обладает поверхность изоляции 3 внутреннего конусообразного электрода 1, по которой и происходит поверхностный скользящий разряд 9. Вследствие радиальных прорезей 5, скользящий разряд 9 формируется в каждой из частей электродов равномерно, одновременно и переходит в дуговую плазму 10. Причем одна опорная точка дуги неподвижна, другая перемещается по внутренней поверхности внешнего шарообразного электрода 2. По мере достижения дуги к фокальной точке происходит ее сжатие до смыкания анодного и катодного потоков плазмы непосредственно перед испытываемым образцом 8.

При протекании тока I по электродам возникают электродинамические силы, перемещающие луговую плазму к фокальной точке.

Сжатие обеспечивается поверхностями электродов 1 и 2 за счет постепенного уменьшения контактной дуги площади, образованной электродным паром по мере движения дуги. При этом для эффективной работы стенда выполняется следующее условие: пробивное напряжение по поверхности между точками а и в меньше пробивного напряжения воздушного промежутка между точками а и с (И_пр).

За счет действия электродинамических сил плазма 10 синхронно ускоряется в направлении фокальной точки а. Синхронность образования и ускорения плазмы 10 реализуется путем обеспечения равных индуктивностей участков межэлектродных промежутков 4 (так называемый "индуктивный делитель"). Лидирование какого-либо плазменного образования затруднительно из-за увеличения индуктивности петли этого участка. Таким образом, плазма всех участков синхронно ускоряется и подходит к фокальной точке "единым фронтом", при этом выполняется условие обеспечения скользящего разряда по сплошной изоляции внутреннего электрода в начале процесса. Испытываемый образец подвергается всестороннему синхронному воздействию плазмы.