Магнитокумулятивные генераторы МК-1 сверхсильных магнитных полей (300,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.223

Стр.224

Стр.225

Стр.1

ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научноисследовательский институт экспериментальной физики» М. И. Долотенко Магнитокумулятивные генераторы МК­1 сверхсильных магнитных полей Монография Саров 2015

Стр.2

УДК 537.852:621.3.027.89+621.373 ББК 31.24 Д 64 Долотенко, М. И. Д 64 Магнитокумулятивные генераторы МК-1 сверхсильных магнитных полей : монография. – Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2015. – 224 с., ил. ISBN 978-5-9515-0307-7 В книге обсуждаются вопросы, связанные с разработкой и применением уникальных устройств – взрывных магнитокумулятивных генераторов сверхсильных магнитных полей. Описываются содержание и результаты многолетней работы в РФЯЦ-ВНИИЭФ по развитию предложенной А. Д. Сахаровым идеи магнитной кумуляции энергии взрывчатых веществ до уровня физического метода получения магнитных полей многомегагауссного диапазона. Приведены описания и параметры физических приборов – каскадных генераторов МК-1 10- и 20-мегагауссного диапазонов. Рассмотрены способы применения созданных приборов в систематических исследованиях в различных областях физики экстремального состояния вещества. Книга представляет интерес для научных работников и инженеров, занимающихся исследованиями в области физики высоких плотностей энергии, использующих в своей деятельности сильные магнитные поля, а также для аспирантов и студентов старших курсов физических и энергетических специальностей. УДК 537.852:621.3.027.89+621.373 ББК 31.24 ISBN 978-5-9515-0307-7 © ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2015

Стр.3

3 ПРЕДИСЛОВИЕ Более шестидесяти лет назад возникла идея применения магнитной кумуляции, т. е. взрывного сжатия магнитного потока, в качестве способа преобразования химической энергии взрывчатого вещества в электромагнитную энергию сверхвысоких амплитуды и плотности. В самом общем виде этот способ реализуется в устройствах двух типов: направленный наружу взрыв используется в мощных импульсных генераторах электромагнитной энергии, а направленный внутрь взрыв (имплозия) применяется в генераторах сверхсильных магнитных полей для увеличения плотности энергии. Довольно скоро целенаправленная работа многочисленных лабораторий и исследовательских групп в различных странах мира по развитию этой идеи привела к образованию новых направлений в фундаментальной и прикладной физике – электрофизики высоких плотностей энергии и мегагауссной физики. Все эти годы, начиная с работ одного из основоположников магнитной кумуляции, автора самого термина «магнитная кумуляция» и первых схем магнитокумулятивных (МК) генераторов А. Д. Сахарова, в РФЯЦ-ВНИИЭФ не прекращались (хотя и с переменной интенсивностью) работы по созданию, исследованию и применениям различных конструкций и типов МК-генераторов. Более сорока лет назад, студентом Московского инженерно-физического института на преддипломной практике, автор данной книги был вовлечен в работы по получению сверхсильных магнитных полей методом взрывной магнитной кумуляции и разработке генераторов МК-1 в составе группы сотрудников ВНИИЭФ под руководством будущего академика Александра Ивановича Павловского. По результатам этих работ и написана данная монография. Автор рассматривает различные варианты генератора сверхсильного магнитного поля, объединенные, во-первых, общим принципом действия – быстрым сжатием магнитного потока проводящей оболочкой-лайнером и, во-вторых, обязательным наличием источника начального магнитного поля – того самого сжимаемого магнитного потока. Первым достижением группы под руководством А. И. Павловского в магнитной кумуляции стал многопроволочный многозаходный соленоид, способный создавать уникально высокие значения начального магнитного потока. Затем возникло, было изучено и реализовано второе важное предложение – каскадный принцип усиления магнитного поля в генераторе МК-1. К концу 1980-х гг. сотрудники группы осознали, что внесли несколько важных изменений в принцип магнитокумулятивной генерации сверхсильных магнитных полей, поняли, как реализовать их практически, создали работающую конструкцию генератора МК-1 и научились применять его в различных физических экспериментах. Наконец, непрерывные усилия по повышению амплитуды достигаемых в генераторах МК-1 магнитных полей, обобщению и анализу результатов научной деятельности группы позволили в начале 2000-х гг. окончательно

Стр.4

222 ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . СОДЕРЖАНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава I. Обзор вариантов конструкций генераторов МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Детонация заряда ВВ во взрывном генераторе МК-1. . 1.4. Создание начального магнитного поля . . . . 1.5. Лайнер генератора МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1. Ударно-волновые лайнеры с фазовыми переходами . . 1.5.2. Металлокомпозитные лайнеры . . . . . . . . . Глава II. Идеологические и конструктивные основы метода воспроизводимой генерации сверхсильных магнитных полей . . . 2.1. Аналитические модели магнитной кумуляции . . 2.2. Проблема воспроизводимости в мегагауссной физике . . . 2.3. Принцип использования ограниченной степени сжатия . магнитного потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Принцип каскадирования в генераторе МК-1 . . . 3.1. Однокаскадный генератор МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . генератора МК-1 . . 3.1.3. Исследование формы и размеров оболочки однокаскадного . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4. Итоги исследования однокаскадного генератора МК-1 . 3.2. Многокаскадный генератор МК-1 . . . . генератора MК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Невзрывные способы ускорения лайнера генератора МК-1 . . . 1.2. Магнитодинамическое сжатие потока . . . . 3 . 6 . 18 . 18 . 21 . 24 . 27 . 37 . 38 . 41 . 43 . 44 . 50 . 51 . 53 2.5. Конструктивно-технологическое осуществление принципов . . . 55 Глава III. Каскадный генератор МК-1 . . 3.1.1. Результаты экспериментов с измерением магнитного поля . . 59 3.1.2. Результаты численного моделирования однокаскадного генератора МК-1 . . . . . . . . . . . 58 . 58 . 63 . 68 . 75 3.2.1. Программа исследования многокаскадного генератора . . . . Глава IV. Диагностики . . . . и ее производной . . . . . 3.2.4. Эффекты каскадирования в генераторе МК-1 . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Индукционная методика измерения магнитной индукции . 4.1. Постановка эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Оптическая методика измерения магнитной индукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 . 77 3.2.2. Результаты экспериментов с измерением магнитного поля . . . 78 3.2.3. Рентгенографическое исследование многокаскадного . . 83 . 86 . 90 . 90 . 94 . 97

Стр.223

223 магнитного поля . . . . 4.4. Анализ погрешностей оптической методики измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Регистрация формы обжимающей оболочки . . 4.6. Погрешности временной шкалы эксперимента . . . 4.7. Численная модель генератора МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава V. Каскадный генератор МК-1 – инструмент физических исследований . . . . и «Капица» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 . 103 . 107 . 109 . 118 5.1. Каскадный генератор МК-1 магнитных полей 10 МГс диапазона . . 118 5.2. Международное сотрудничество. Серии экспериментов «Дирак» . 5.3. Автономный источник многомегагауссного магнитного поля . . . 131 5.4. Управление формой импульса магнитного поля генератора МК-1 . 5.5. Устройство изэнтропического сжатия вещества давлением сверхсильного магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.1. Конструкция устройства изэнтропического сжатия . . . 5.5.2. Динамика схлопывания трубки сжатия . . . 5.5.3. Изэнтропическое сжатие изотопов водорода . . . 5.6. Сохранение образцов в экспериментах с устройством сжатия на основе генератора МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Каскадная газодинамическая система ускорения лайнера . . . 6.3. Конструкция и монтаж среднего генератора МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 . 132 . 137 . 138 . 140 . 145 . 148 Глава VI. Каскадный генератор МК-1 магнитных полей 20 МГс диапазона . 152 6.1. Большой генератор МК-1 . . . 6.4. Результаты испытаний среднего каскадного генератора МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 . 155 . 157 . 161 Глава VII. Предельные возможности взрывомагнитного метода получения сверхсильных магнитных полей . . . 7.1. Исходные положения . . . магнитным полем . . . 7.2. Генератор МК-1 магнитных полей 10 МГс диапазона . . . . . 7.2.1. Режим работы генератора МК-1 с малым начальным . . поля генератора МК-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3. Сжатие магнитного потока давлением магнитного . 7.2.2. Увеличение мощности ВВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 . 168 . 170 . 171 . 175 . 176 7.2.4. Увеличение плотности вещества композитных материалов . . 182 7.2.4.1. Композит из вольфрамового порошка . . . 182 7.2.4.2. Композит из изолированных вольфрамовых проволочек . . 190 7.3. Возможности каскадных генераторов МК-1 с большим зарядом ВВ . . 194 ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 . 205

Стр.224

Научное издание Долотенко Михаил Иванович Магнитокумулятивные генераторы МК­1 сверхсильных магнитных полей Редактор, корректор Зимакова Н. Ю. Компьютерная подготовка оригинала-макета Моисеева Е. В., Лештаева Н. А. Обложка Соседко Е. Л. Подписано в печать 16.11.2015 Формат 70 Ч 100/16 Тираж 150 экз. Усл. печ. л. ~ 18,2 Уч.-изд. л. ~ 18,4 Печать офсетная Заказ тип. 27-2015 Отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 607188, г. Саров Нижегородской обл., ул. Силкина, 23

Стр.225