Устройство для исследования веществ с использованием сильноточного релятивистского электронного пучка Советский патент 1986 года по МПК H05H5/00 

(Pui,/

2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что торцовая стенка камеры, являющаяся анодом диода, выполнена с толщиной, равной длине пробега электронов в материале стенки.

3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что между торИзобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для исследования поведения веществ при высоких давлениях и температурах.

Целью изобретения.является рас- :Ширение технологических возможнос- тей за счет расширения диапазона исследуемых веществ и увеличения времени воздействия давления на исследуемое вещество.

На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 - конструкция гер метичной камеры анодной части.

Устройство содержит генератор 1 импульсов напряжения, который соединен с формирующей линией 2, к которой подключен высоковольтный вакуумный диод 3, содержащий катодный . узел 4 и анодный узел 5. Анодный узел содержит герметичную камеру 6. Торцовая стенка 7 камеры является анодом. За торцовой стенкой 7расположена пластина 8, за ней последовательно расположена инерционная пробк 9 и объем 10 для сбора исследуемого вещества.

тройство работает следующим образом.

С помощью генератора1 импульс ного напряжения заряжают формирующую линию 2, которая формирует малый по длительности импульс высокого напряжения, поступающий в высоковольт- ньш диод 3. Импульс напряжения приводит к появлению напряженности электрического поля между катодным узлом 4 и анодным узлом 5 ускорителя, в результате чего с катода (расположенного в катодном узле 4) эмиттируется электронный пучок, попадающий на

цовой стенкой камеры, являющейся анодом диода и полостью для заполнения исследуемым веществом, расположена пластина, причем пластина и инерционная пробка выполнены из материала с динамической жесткостью большей, чем у исследуемого вещества.

анод - торцовую стенку 7 и выделяет запасенную в нем энергию. При этом происходит тепловой взрыв торцовой . стенки 7 и при объемной плотности энергии больше 10 Дж/см и плотности мощности пучка 10 ВТ/см возникает импульс давления в несколько Мбар. Возбужденная ударная волна проходит- через пластину 8, которая задерживает быстрые электроны пучка, сжимает исследуемое вещество (расположенное между пластиной 8 и инерционной пробкой 9) и попадает в инерционную пробку 9. При этом часть ударной волны отражается от пробки 9 и происходит повторное воздействие импульса давления на исследуемое вещество, что увеличивает время воздействия импульса давления. Другая часть удар- ной, волны доходит до конца, пробки 9, после чего в обратную сторону начинает распространяться волна разряжения. Пробка 9 с исследуемым веществом попадает в объем 10 для сбора исследуемого вещества, откуда полу- ченньй продукт (из исследуемого вещества) извлекают после прекращения действия электронного пучка.

Так как исследуемое вещество расположено За торцовой стенкой (анодом) то такое расположение исследуемого вещества позволяет создавать высокие ударные давления как в электропроводящих, так и в неэлектропроводя

щих исследуемых веществах (имеюш;их любую структуру и агрегатное состояние) . . Время воздействия давления на

исследуемое вещество увеличивают

за счет того, что в ампуле сохранения расположены инерционная пробке

и по крайней мере одна пластина причем динамические жесткости материалов пластины и инерционной пробки выбирают больше динамической жесткости исследуемого вещества.

ShA пл- S(jCb, Sj С„„ , где „ , 5, , - плотности материалов пластины, исследуемого вещества и инерционной пробки соответственно,

С , С( , Cj,n - скорости распространения звука в материалах пластины, исследуемого вещества и инерционной пробки. .

При вьшолнении этого условия распространяющаяся по исследуемому веществу ударная волна отражается от инерционной пробки и вновь распространяется по исследуемому веществу, что приводит к увеличению времени воздействия. При условии, когда динамическая жесткость пластины и инерционной пробки меньше динамической жесткости у исследуемого вещества, то ударная волна проходит сквозь пластину и инерционную пробку, что уменьшает время воздействия давления на исследуемое вещество.

. Оптимальная толщина торцовой стенки (анода) равна средней длине свободного пробега электронов пучка в материале торцовой стенки, В этом случае основная часть электронов тормозится в этом материале, выделяя запасенную пучком энергию, что приводит к тепловому взрыву данного слоя. Тепловой взрыв возбуждает ударнук) волну, которая, распространяясь, достигает исследуемого вещест ва и сжимает его. При большей толщине стенки (анода) электроны тормозятся в некоторой начальной части торцовой стенки, равной длине свободного пробега электронов. Образующаяся ударная волна проходит большее расстояние до исследуемого вещества, вследствие чего из-за эффекта затухания давление на ее фронте будет уменьшено. При толщине слоя меньше оптимального значительная доля электронов может достигнуть исследуемого вещества и вызвать не всегда желательный предварительный нагрев вещества.

На предлагаемом устройстве бьти проведены испытания в режиме: Ток пучка - 10 А Энергия электронов - 0,35 Мэв Длительность импульса с

Плотность мощности пучка - 10 Вт/см .

Толщина торцовой стенки ампулы сохранения составляла 0,5 мм, материал - алюминий. Пластина 8 вьтолнена из меди толщиной 0,2 мм. Исследуемое вещество - нитрид бора в виде порошка, толщина слоя - 1,5 мм. Инерционная пробка толщиной - 3 мм, материал - медь. Толщила пробки выбирается из условия: S - С,„Т, где Сц - скорость распространения звука в материале инерционной пробки, - длительность импульса ускорителя.

С помощью этого устройства, если

убрать пластину и инерционную пробку, а торцовую стенку выполнить с толщиной до 0,05 мм (чтобы проходили электроны пучка), можно подвернуть исследуемое вещество воздействию высоких температур и получить карбиды. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет расширить свои функциональные возможности за счет расширения диапазона исследуемых веществ. В предложенном устройстве, заменяя ампулу сохранения, можно подвергать импульсному сжатию до нескольких Мбар как электропроводящие, так и неэлектропроводящие вещества. За счет увеличения времени воздействия давления на исследуемое вещество и за счет использования чистого исследуемого вещества без добавления электропроводящих веществ увеличивается выход получаемого продукта в 1,5 раза по сравнению с прототипом. Незначительные переделки при переходе с одного исследуемого ве-г щества на другое снижают затраты

на исследовательские работы.

8

HccfiedueMoe Afofecmfo

n

фиш. 2

Редактор Л. Лошкарева

Составитель Ю. Терешкин

Техред М.Маргеятал .Корректор М. Шароши

Заказ 5268/2 Тираж 765Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

пр делам изобретений и открытий 113035 Мос ква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4