ВЗРЫВНОЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F21K5/00 

Изобретение относится к технической физике, а более конкретно, к областям техники, использующим источники света, содержащие в своей конструкции взрывчатые вещества (ВВ), когда требуются источники излучения, превосходящие по плотности мощности видимого и в особенности ультрафиолетового излучения широко распространенные импульсные газоразрядные лампы (например, при фотографировании быстропротекающих процессов, при исследовании действия лучистых потоков большой плотности мощности на твердое вещество, при исследованиях фотохимических реакций, для целей фотометрии в качестве эталона абсолютно черного тела при высоких температурах).

Известно устройство, использующее электрический разряд в газах (1), состоящее из источника питания, электрической системы, замкнутого прозрачного объема, заполненного инертным газом. В устройстве электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газ. Плотность мощности излучения, или яркость, как основная характеристика источника, определяются яркостной температурой, которой (Т_яр) называется температура абсолютно черного тела, излучающего в заданном диапазоне длин волн те же потоки, что и рассматриваемый излучатель. Принципи- альным недостатком аналога, не позволяющим использовать его в большинстве перечисленных выше физических задач, является ограничение яркостной температуры Т_яр для диапазона λ 200-600 нм величиной 41000 К, что не позволяет иметь плотность мощности излучения (яркость) более 7х10⁶ Вт/см².

Известно устройство (2), выбираемое за прототип, с помощью которого получают максимальные по амплитуде ударные волны (УВ) в газе. Этим устройством является взрывной плазменный генератор (ВПГ), состоящий из взрывной линзы, заряда ВВ, лайнера, камеры-сегмента, заполненной газом с отверстием в полюсе. В результате адиабатического сжатия в камере образуется плотная плазма, разлетающаяся через выходную трубку в полюсе камеры и генерирующая сильную УВ в газе. Недостатком этого устройства является то, что приемник излучения, расположенный на "бесконечности", воспринимает потоки излучения, соответствующие Т_яр, значительно меньшие, чем те, которые соответствуют ионизационной температуре Т_ион за фронтом УВ. Это обстоятельство связано с тем, что газ перед фронтом УВ, поглощая кванты с энергией, превышающей потенциал ионизации холодного газа, нагревается, образуя "прогревный" слой, который в свою очередь экранирует излучение оптического диапазона, препятствуя его распространению на "бесконечность". Недостатками устройства являются низкая яркостная температура (яркость, плотность мощности излучения), не превышающая для излучения с фронта 17000-25000 К (в зависимости от газа в выходной трубке), а также, низкий КПД устройства, равный отношению лучистой энергии, поглощенной приемником (мишенью), к энергии взрыва для задействования устройства (менее 0,001%).

Таким образом, увеличение температуры ударного сжатого газа (Т_ион) путем увеличения амплитуды ударных волн в газах при начальных нормальных условиях не приводит к автоматическому увеличению яркостной температуры (плотности мощности излучения, яркости источника), КПД из-за указанного эффекта экранировки. Решение задачи по созданию более мощного источника излучения возможно путем снятия действия эффекта экранировки, что позволяет иметь яркостные температуры источников, соответствующие истинным температурам за фронтом Т_ион. Снятие действие эффекта экранировки позволяет получить источник излучения в оптическом диапазоне с плотностью мощности более 10⁷ Вт/см² (Т_яр > 10⁵ К), что дает возможность использовать их в любом из перечисленных выше физическом исследовании или в прикладной задаче. Кроме того, реализация таких плотностей мощности излучения при той же массе взрывной навески позволяет существенно (на несколько порядков) поднять КПД взрывного источника.

Это достигается тем, что используется взрывной кумулятивный источник излучения, содержащий заполненную рабочим газом камеру сжатия, выполненную в виде шарового сегмента, с выходным отверстием в вершине, в котором установлена выходная трубка, лайнер в виде диска, закрывающий с торца камеру сжатия, и взрывную навеску, установленную на внешней стороне диска, причем в выходной трубке вблизи выходного отверстия камеры сжатия соосно с кольцевым зазором установлен стержень из оптически прозрачного материала.

Сущность изобретения заключается в возможности получения на приемнике (мишени), удаленном от источника световых, включая ближнюю ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра, импульсов по плотности мощности (Т_яр) соответствующих тем, что испускаются с фронта ударной волны (Т_ион), независимо от амплитуды ударной волны за счет "контактирования" приемника с излучателем с помощью оптически прозрачного посредника. Действительно, если раньше перед излучателем фронтом УВ в газе располагался экранирующий слой, препятствующий трансляции потоков излучения оптического спектра на "бесконечность", теперь при постановке соосно в выходной трубке стержня (посредника) из оптически прозрачного материала (в зависимости от требуемого спектра это кварцовые, флюоритовые стержни) на определенном расстоянии в зависимости от сорта газа и амплитуды УВ в нем, оптически прозрачный материал (посредник) "зондирует" экранирующий прогревный слой при подходе к нему фронта УВ. В результате этого за время, равное отношению толщины прогревного слоя к скорости УВ, в торец посредника поступают потоки излучения, увеличивающиеся по плотности мощности, от соответствующих яркостной температуре экранирующего слоя до яркостной температуры, равной температуре ударно сжатого газа Т_ион в момент, предшествующий удару по торцу посредника. После удара торец посредника теряет прозрачность и по нему распространяется волна разрушения со скоростью равной, примерно, скорости звука в материале посредника. Но поскольку посредник размещен соосно (этим обеспечивается контактирование с областью, имеющей температурный максимум по сечению, и последующий равномерный ввод излучения) и его диаметр предусмотрен меньшим по сравнению с диаметром выходной трубки, ударная волна в газе, распространяющаяся в зазоре между посредником и трубкой опережает фронт волны разрушения и вводит излучение ударно сжатого газа с плотностью мощности, соответствующей Т_ион внутрь посредника через его боковую поверхность, что приводит к получению на выходе мощного светового импульса с плотностью мощности, соответствующей Т_ион. Длительность импульса варьируется длиной стержня, составом газа, давлением газа и массой взрывной навески. Импульс выводится через противоположный торец посредника непосредственно на приемник. КПД использования энергии взрыва существенно увеличивается.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит инициирующего детонационную волну систему в виде взрывной навески 1, лайнера 2, замкнутую камеру, например, в виде сегмента 3, выходную трубку в месте кумуляции 4, стержень из оптически прозрачного вещества 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В результате срабатывания взрывной навески 1 происходит метание лайнера 2 в замкнутую камеру 3. В результате кумуляции образуется сжатая плазма, генерирующая в выходной трубке 4 мощную ударную волну. На минимально требуемом расстоянии от начала выходной трубки (для того, чтобы ударная волна стала оптически плотной) располагается стержень 5, зондирующий прогревный слой и передающий потоки излучения за счет полных внутренних отражений, вводя их последовательно через торец (до разрушения) и затем через боковую поверхность при скольжении вдоль него ударной волны в газе (скорость волны разрушения близкая к скорости звука в материале стержня меньше, чем скорость ударной волны).

Применение описанного устройства позволило получить световые потоки на объекте освещения более, чем в сто раз мощные, чем от применяющихся стандартных электроразрядных источников в задаче статического теневого фотографирования. Это более, чем на два порядка выше яркости прототипа и соответственно на столько же выше КПД излучателя.

Применение устройства существенно поднимает КПД взрывных источников излучения, поскольку при тех же массах взрывчатого вещества плотность мощности излучения, не ограниченная сверху эффектом экранировки, существенно выше. Все это позволяет заменить мощные стандартные импульсные источники излучения широкого спектрального диапазона на данное устройство в сформулированных выше физических задачах и исследованиях.

Использование: импульсные источники света, фотохимия, фотометрия, фотографирование. Существо: взрывной комулятивный источник излучения содержит камеру сжатия, выполненную в виде шарового сегмента, заполненного рабочим газом. Камера закрыта с торца лайнером в виде диска с взрывной навеской. В выходной трубке, установленной в вершине камеры сжатия, соосно с кольцевым зазором установлен стержень из оптически прозрачного материала. 1 ил.

ВЗРЫВНОЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий заполненную рабочим газом камеру сжатия, выполненную в виде шарового сегмента с выходным отверстием в вершине, в котором установлена выходная трубка, лайнер в виде диска, закрывающий с торца камеру сжатия, и взрывную навеску, установленную на внешней стороне диска, отличающийся тем, что в выходной трубке вблизи выходного отверстия камеры сжатия соосно с кольцевым зазором установлен стержень из оптически прозрачного материала.