Физические механизмы при выводе магнитной энергии из индуктивных накопителей в мощных импульсных системах

  • автор:
  • специальность ВАК РФ: 01.04.13
  • научная степень: Докторская
  • год, место защиты: 1999, Москва
  • количество страниц: 319 с. : ил.
  • бесплатно скачать автореферат
  • стоимость: 240,00 руб.
  • нашли дешевле: сделаем скидку
  • формат: PDF + WORD
pdfdoc

действует скидка от количества
2 диссертации по 223 руб.
3, 4 диссертации по 216 руб.
5, 6 диссертаций по 204 руб.
7 и более диссертаций по 192 руб.
Титульный лист Физические механизмы при выводе магнитной энергии из индуктивных накопителей в мощных импульсных системах
Оглавление Физические механизмы при выводе магнитной энергии из индуктивных накопителей в мощных импульсных системах
Содержание Физические механизмы при выводе магнитной энергии из индуктивных накопителей в мощных импульсных системах
Вы всегда можете написать нам и мы предоставим оригиналы страниц диссертации для ознакомления
ВВЕДЕНИЕ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В РАЗРАБОТКАХ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ
Мощные импульсные источники тока всегда привлекали интерес исследователей в самых разнообразных областях прикладной физики. Сильные магнитные поля и магнитное удержание плотной плазмы, инерциальный термоядерный (ТЯ) эксперимент и электродинамическое ускорение макротел, создание сверхзвуковых плазменных потоков и сильноточных электронных пучков - это лишь малая доля из существующего многообразия развивающихся направлений физического эксперимента, где в успех в значительной мере определяется возможностями используемой мощной импульсной техники.
Собственно говоря, по этой причине большинство международных физических научных симпозиумов и конференций уделяют проблемам развития и совершенствования мощных импульсных устройств электропитания огромное внимание. Таковы международные конференции по генерации мегагауссных полей, проводимые поочередно в США и России, международная конференция «Puise Power», проводимая регулярно учеными США, европейские и американские симпозиумы по технологии электромагнитных ускорителей, российская конференция по сильноточной электронике с участием иностранных ученых и многие другие.
Для инженера-физика, начинающего свой научный путь в быстропротекающем импульсном эксперименте, например, с плазменного разряда, с искрового разряда в жидкой среде или с экспериментов с импульсными магнитными полями при индукции В> 20 Тл, вряд ли может быть понятно, насколько сложны электрофизические проблемы получения высоких и сверхвысоких мощностей. Зачастую возможное решение этих проблем лежит в области, выходящей за рамки современного уровня техники и технологии. Обращаясь к периоду 15-летней давности, приведем в таблице 1 некоторые сведения о потребностях в импульсной электрической мощности для предполагаемых ТЯ реакторов разного типа [1]. За истекшее время получено зажигание реакции на токамаке JET (Калэм, Англия) и завершена разработка первой версии токамака ИТЕР. Однако на импульсных направлениях, где существуют высокие мощностные и энергетические пороги для получения положительного эффекта

Штя/У/М>1, успехи не столь значительны. В частности лайнерные варианты с магнитным удержанием перешли в программу МАГО (в США - программа КПТ) [3,4], ориентированную на удержание замагниченой плазмы материальной стенкой и реализуемую пока на взрывных установках. Новая концепция инерциальных систем с нагревом мишени низкотемпературным (100-200 эВ) излучением плазмы (АНГАРА, РВКА2) [5,6] потребовала очень больших токов с величиной I— 20 МА при напряжении 10 МВ, получение которых и сейчас представляет значительные трудности.
Таблица
Тип термоядерной системы Характ. время импульса, с Энергия в имульсе, Дж Мощность, Вт Индукция магн. поля, Тл
Инерциальный ТЯ синтез и РЭП 10'8 107 (5.107) 1015
Имп. магн. системы (лайнеры и в -пинчи) 10'3 109- 1013 10П-К>12
Квазистационарные системы (токамаки и стеллараторы) 10 10ш 10*
По-видимому, в близком будущем верхняя планка необходимой электрической мощности импульсных ТЯ установок может быть поднята на порядок величины. Это может быть связано не столько с принципиальной проблемой получения ТЯ реакции, сколько с рациональными и экологически чистыми технологиями ее использования. Например, в настоящее время уже оценивается применение безнейтронных циклов реакции ( 0+ 3Не, р+1!В) [2], которые требуют для осуществления ядерной реакции в плазме температуры нагрева 90-100 кэВ вместо ЮкэВ для обычного (О О.О+Т) цикла. Увеличение температуры в 10 раз приведет к значительному увеличению мощности излучения плотной плазмы (и в континууме, и из-за примесей), и потребует согласовать мощность, вводимую в плазму или сжимаемую «мишень» с ростом ее потерь.
Разработки в области импульсных источников питания выродились в настоящее время в ряд самостоятельных направлений электрофизических исследований. Каждое из них соответствует некоторому выбранному принципиальному

решению импульсной системы, а также соответствует определенному диапазону в шкале выводимых в нагрузку энергии ¥,л и мощности Рэл.
В ряду разрабатываемых и совершенствуемых импульсных систем индуктивные накопители энергии, которым в основном посвящена диссертационная работа, занимают определенную нишу. С целью представления общей ситуации ниже предлагается короткий обзор достижений в разработке импульсных источников питания различного типа. Выбор типа схемотехнического решения и конструкции импульсного источника тока для питания конкретного опытного устройства-нагрузки всегда является результатом многофакторного анализа ожидаемых выходных параметров и условий работы.
1. Общие характеристики источников импульсной электрической энергии.
Импульсный источник электрической энергии имеет в своем составе минимальный набор устройств, показанный на рис. 1.: первичный источник напряжения или тока, накопитель энергии (аккумулятор), коммутатор или переключатель цепи нагрузки.
Рис. 1 Общая структура импульсного источника электрической энергии
Нагрузка - потребитель импульсного тока хотя и не входит в комплекс источника, но в значительной мере определяет рабочий режим импульсной системы, т.е. величину тока, напряжения и длительность импульса. Являясь частью разрядного контура (или частью системы передачи электромагнитной энергии) она в существенной мере определяет мощность, развиваемую импульсным источником. Поэтому всегда необходима процедура оптимизация всей разрядной цепи, известная обычно под названием “согласования” нагрузки. Исключение составляет случай, когда внутренний импеданс источника во много раз превышает импеданс нагрузки, и не влияет на величину и форму тока. Последний случай встречается сравнительно редко, но его используют, когда нужно выдержать форму тока, независимо от различных особенностей происходящих процессов. Такой прием, обусловленный
ГЛАВА 1 . ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫПОЛНЕННЫЕ ПО ПРОГРАММЕ СОЗДАНИЯ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ ТИН-1 (20 МДж,
1,5 МА).
I 1 Цель сооружения и задачи установки ТИН
В середине 70-х существовали различные проекты термоядерных систем с обжатием плотной плазмы радиально ускоренным металлическим лайнером. Один из таких проектов осуществлялся в ТРИНИТИ (ФИАЭ им. И. В. Курчатова). Он базировался на источнике начальной плазмы, создаваемой при встречном столкновении плазменных струй в магнитном поле. Струи создавались с помощью уникальных инжекторов плазмы МК-200, разработанных под руководством Ю.В Скворцова по инициативе А.И Морозова. Эти инжекторы были способны генерировать плазменные сгустки с энергосодержанием более 105 Дж при направленной энергии ионов, превышающей ] кВ. При столкновении потоков была получена плазма с плотностью около 1017 см'3 , температурой 500 эВ при величине параметра Р (отношение магн. давл./газокин.) ~1.
Хотя вопрос о продольном минимальном размере сжатой лайнером плазмы, величина которого определяется потерями частиц и энергии плазмы переносом вдоль магнитного поля, оставался тогда открытым, было принято решение о создании экспериментального комплекса ЛН-36 (Лайнер-Накопитель в здании 36). При этом имелось в виду, что плазменная ловушка и сжимающий плазму лайнер могут быть дополнены концевыми устройствами типа пробок (или антипробок) для уменьшения потерь вдоль магнитного поля.
По этой программе помимо работ, проводившихся на плазменных ускорителях, был создан импульсный экспериментальный комплекс для сжатия лайнера с индуктивным накопителем ТИН-1, показанным на фотографии рис.1.1.
Конструкция накопителя разработана в ТРИНИТИ, ее модули-катушки были изготовлена в заводских условиях в г. Протвино и смонтированы в ТРИНИТИ благодаря усилиям целого коллектива инженеров, научных работников и конструкторов.

Вы всегда можете написать нам и мы предоставим оригиналы страниц диссертации для ознакомления

Рекомендуемые диссертации данного раздела