1
Изобретение относится к способам создания мощных ударных волн и мо,жет быть использовано при изучении взаимодействия потоков высокой энергии при решении прикладных задач проблемы управляемого термоядерного, синтеза ,.ма.гнитогидродинамики и . астрофизики
Известен способ создания ударных волн с помощью сильноточного разряда в пространстве между двумя коаксиальными электродами. Образующийся в кольцевом зазоре токовый слой с радиально текущими токами взаимодействует с собственным азимутальным магнитным полем и выталкивается в осевом направлении. С помощью известного способа не удается получить скорости ударных волн выше 10 см/с в газах при начальном давлении выше 5 Торр. Это связано с тем, что формирование токовой оболочки происходит с запаздыванием по времени и возможно только при определенных критических плотностях тока в скин-слое (от10 кА/см и выше); подъем магнитного давления в поршне определяется индуктивностью и рабочим напряжением разрядного контура; к моменту максимума тока значительно возрастает
масса захваченного газа и индуктивность разрядного контура.
Целью изобретения является увели,чение давления в импульсе сжатия.
Это достигается тем, что величину максимального тока в разряде и скорость его нарастания выбирают в соответствии с формулами
Же.
,6-iORfP и К
:р
О - амплитуда разрядного тока,
где
А; R - радиус отверстия внешнего
электрода-сопла, см; Р - начальное давление, Торр; - длина внешнего электрода-сопла, см; 7cp- средняя скорость плазмы
в сопле, см/с.
На чертеже приводится устройство, позволяющее осуществить предлагаемый способ.
Устройство содержит внешний электрод 1 в виде конуса, переходящего в цилиндр, на оси которого с острием в самой узкой его части расположен внутренний стрежневой электрод 2. Оба электрода помещены в камеру, заолненную рабочим газом до требуемоо давления 4
Первоначально пробой происходит близи острия центрального электроа. Разрядный ток концентрируется в остаточно узкой области, заполняя все сечение между внутренним электродом и соплом. Под давлением сил магнитного давления он ускоренно врталкивается по направлению к выходу из согша с образованием токового нура Зо В момент выхода на торец при правильно подобранных параметрах контура и размерах электродов образуется оболочка 4, являющаяся продолжением внешнего электрода. К моменту выхода на торец магнитное поле у внутренней поверхности сопла достигает максимальной величины, что обеспечивается надлежащим выбором длины его цилиндрической части. Как только струя выйдет за пределы сопла на длину скин-слоя, магнитное поле у торца внешнего электрода возрастает до максимальной величины. Из-за малой инерционности боковой части оболочки и большой скорГости нарастания приложенного к ней магнитного поля в поперечном направлении генерируется ударная волна. Формирование таких же волн наблюдается и позднее при выходе на торец токовых оболочек, образованных в последующих полупериодах разрядного тока.
Таким образом, сильная ударная волна возникает в момент выхода плазменной оболочки с протекающим в ней разрядным током на торец внешнего электрода-сопла. В этом случае ударная волна генерируется в направлении, перпендикулярном оси электродной системы в отличие от продольных волн, формируемых известными способами. Газ, ионизованный и ускоренный в сопле, приобретает направленную скорость, значительно превышающую тепловые скорости частиц в токовой оболочке. Сгусток плазмы вместе с фронтальным скин-слоем, выбрасывается из сопла. Ток фронтального слоя замыкается на внешней электрод через газ с плотностью, близкой к. начальной плотности в рабочей камере. Магнитное давление, определяющее скорость ударной волны,- соответствует разрядному
току в момент выхода струи на торец, а скорость его нарастания - времени выхода скин-слоя на сопла.
Наибольшую величину магнитного поля получают при выходе токбвой оболочки на торец в момент максимума 5 разрядного тока. Крутизну нарастания полного магнитного поля регулируют подбором величины скорости и толщины скин-слоя фронтальной поверхности оболочки в момент ее выхода на торец,
Время выхода токовой оболочки на торец в момент максимума тока устанавливают подбором длины внешнего электрода в зависимости от траектории фронта струи, а также подбором
5 ускоряемой массы газа.
В описанном устройстве была использована батарея конденсаторов емкостью 31,2 мкФ с рабочим напряжением 25 кВ и периодом колебаний 8 мкс.
0 Давление водорода в камере 100 Торр. При толщине скин-слоя, равной 1 см, при -скорости фронта оболочки у торца, равной 5,4-10 см/с, время нарастания напряженности магнитного поля
до максимума равно 0,185 мкс, а по25перечная составляющая скорости генерируемой ударной волной оказалась равной 4-10 см/с.
30
Формула изобретения
Способ создания ударных волн путем осуществления импульсного разряда в заполненной рабочим телом системе
коаксиальных электродов, отличающийся тем, что, с целью увеличения давления в импульсе сжатия, величину максимального тока в разряде и скорость его нарастания выбирают в соответствии с формулами
,3 и К
ср
где Л - амплитуда разрядного тока,
А; R - радиус отверстия внешнего
электрода-сопла, см; Р - начальное давление, Торр; 6 - длина внешнего электродасопла, см;
средняя скорость плазг 1н, см/с.
