обостритель фронта импульса магнитного поля
Классы МПК: | H01F7/06 электромагниты; приводы, содержащие электромагниты H01H36/00 Переключатели, приводимые в действие изменением магнитного или электрического поля, например изменением относительного положения магнита и переключателя, путем экранирования |
Автор(ы): | Кудасов Ю.Б. |
Патентообладатель(и): | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-27 публикация патента:
10.11.1998 |
Изобретение используется в технике сильных импульсных магнитных полей, в технике формирования мощных электрических импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что полости импульсного электромагнита размещен экран, отделяющий полость электромагнита и полость нагрузки и изготовленный из твердого раствора замещения типа (V1-xMx)2O3, где X - концентрация примеси, M - атом II, III или IV-валентного металла легирующей примеси. Технический результат: уменьшение фронта импульса магнитного поля, обострение электрического импульса. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Обостритель фронта импульса магнитного поля в электромагните, содержащий импульсный электромагнит, проводящий экран и нагрузку, причем полость нагрузки отделена от полости электромагнита экраном, отличающийся тем, что экран выполнен из твердого раствора замещения типа (V1-xMx)2O3, где M - атом II, III, или IV - валентного металла легирующей примеси, X-концентрация примеси.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике сильных импульсных магнитных полей, также может быть использовано для получения коротких импульсов магнитного поля. Известен обостритель фронта импульса магнитного поля на основе плазменного размыкателя тока [1] (А. И.Павловский и др., в сб. "Сверхсильные магнитные поля. Физика. Техника. Применение". Под ред. В.М.Титова и Г.А. Швецова. М. : Наука, 1984, с.410). Это устройство состоит из тонкой алюминиевой пленки, заряда взрывчатого вещества (ВВ), импульсного электромагнита и нагрузки. Пленка установлена так, чтобы отделить полость электромагнита от полости нагрузки. К пленке прилегает заряд ВВ. Алюминиевая пленка электрически подключается к внешнему импульсному источнику тока. К заряду ВВ электрически подключена система инициирования ударной волны. Источник тока вырабатывает импульс тока в алюминиевой пленке. Под действием тока алюминиевая пленка испаряется и образует проводящий плазменный канал. Затем импульсный электромагнит возбуждает магнитное поле в полости. При этом плазменный канал экранирует полость нагрузки, т.е. магнитное поле в нее не проникает. Затем инициируется ударная волна в заряде ВВ. Она сжимает продуктами взрыва плазменный канал, что приводит к потере его проводимости, и магнитное поле из полости электромагнита быстро проникает в полость нагрузки. При этом время нарастания магнитного поля достигает 0,3 мкс. Недостатками такого способа является необходимость использования дополнительных технических средств для работы с взрывчатыми веществами и создания плазменного канала. Известен обостритель фронта импульса магнитного поля на основе фольгового размыкателя тока (прототип) [2] (А.А.Петрухин и др., в сб. "Сверхсильные магнитные поля. Физика. Техника. Применение". Под ред. В.М.Титова и Г.А. Шевцова. М.: Наука, 1984, с.384). Данное устройство состоит из тонкой металлической пленки, импульсного электромагнита и нагрузки. Пленка установлена так, чтобы отделить полость электромагнита от полости нагрузки. В полости электромагнита возбуждается импульсное магнитное поле. При этом фольга экранирует полость нагрузки, т.е. магнитное поле в нее не проникает. В магнитном поле происходит электрический взрыв экрана, в результате чего его проводимость резко уменьшается и магнитный поток быстро проникает в нагрузку. Длительность фронта импульса магнитного поля, достигнутая в [1], составляет 3 мкс. Прототип может быть использован для формирования мощных электрических импульсов. Недостатком такого решения является большая длительность фронта импульса магнитного поля, которая ограничена временем разлета продуктов электрического взрыва экрана. Технической задачей является уменьшение длительности фронта импульса магнитного поля, что позволит увеличить пиковую мощность в нагрузке. Ожидаемым техническим результатом является уменьшение длительности фронта импульса магнитного поля. Сущностью предлагаемого решения является обостритель фронта импульса магнитного поля, который состоит из импульсного электромагнита, экрана и нагрузки. Экран располагается так, чтобы отделить полость электромагнита от полости нагрузки. Причем в отличие от известных обострителей экран изготовлен из твердого раствора замещения типа (V1-XMX)2O3, где X - концентрация примеси, M - атом II, III или IV - валентного металла легирующей примеси. Состав раствора выбирается таким образом, чтобы в отсутствие магнитного поля он был в проводящем состоянии. В полости электромагнита возбуждается импульсное магнитное поле. При достижении полем критической величины в твердом растворе (V1-XMX)2O3 происходит фазовый переход металл-изолятор, и магнитное поле быстро проникает в полость нагрузки. Быстро нарастающее магнитное поле в нагрузке может быть использовано для получения мощных импульсов тока. В твердых растворах типа (V1-XMX)2O3 легирующая примесь II, III или IV - валентного металла позволяет плавно изменять свойства полуторной окиси ванадия. Под действием магнитного поля в этих растворах происходит скачкообразный фазовый переход металл-изолятор [3] (Кудасов Ю.Б., ФТТ (1996), т.38, вып.5, с.1335). Величина магнитного поля перехода зависит от состава твердого раствора и лежит в пределах от 0 Тл до нескольких сот Тл [3]. Скорость нарастания магнитного поля в нагрузке прототипа определяется временем разлета и поглощения продуктов электрического взрыва проводника. Скорость нарастания магнитного поля в предлагаемом решении определяется (фазовой) скоростью движения границы металл-изолятор, которая может превышать массовую скорость разлета продуктов взрыва, чем и достигается обострение фронта импульса магнитного поля. Твердые растворы полутора окиси ванадия с легирующими примесями получают по стандартной керамической технологии [4] (Н.Ф.Мотт, Переходы металл-изолятор, М., Наука, 1979). Два примера реализации устройства приведены на фигурах 1 и 2. На фигуре 1 показан первый пример реализации устройства, 1 - конденсаторная батарея, 2 - соленоид-оболочка, 3 - экран, 4 - заряд ВВ. В полости магнитокумулятивного генератора МК-1 [5] (Павловский А.И. Людаев Р.3., в сб.: "Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики", под ред. Александрова А. П. - Л.: Наука, 1984, с.206), состоящего из соленоида-оболочки (2) и кольцевого заряда взрывчатого вещества (ВВ) (4), установлен цилиндрический экран (3), изготовленный из керамического V2O3, внешним диаметром 19 мм, внутренним диаметром 8 мм длиной 60 мм и отделяющий внутреннюю полость (полость нагрузки) от полости между соленоидом-оболочкой и экраном (полость электромагнита). Соленоид-оболочка (2) электрически подключена через ключ к конденсаторной батарее (1). На внешней поверхности заряда ВВ установлена система инициации ударной волны. Разрядом конденсаторной батареи (1) в соленоиде-оболочке (2) генератора МУ-1 возбуждается начальное магнитное поле с временем нарастания около 60 мкс и максимальным значением 16 Тл. Поскольку проводимость полутораокиси ванадия составляет около 103 (Ом![обостритель фронта импульса магнитного поля, патент № 2121725](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![обостритель фронта импульса магнитного поля, патент № 2121725](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![обостритель фронта импульса магнитного поля, патент № 2121725](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![обостритель фронта импульса магнитного поля, патент № 2121725](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![обостритель фронта импульса магнитного поля, патент № 2121725](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![обостритель фронта импульса магнитного поля, патент № 2121725](/images/patents/350/2121001/183.gif)
Класс H01F7/06 электромагниты; приводы, содержащие электромагниты
Класс H01H36/00 Переключатели, приводимые в действие изменением магнитного или электрического поля, например изменением относительного положения магнита и переключателя, путем экранирования