Дисковые взрывомагнитные генераторы и их применение в

В.В. ВАХРУШЕВ, Б.Е. ГРИНЕВИЧ, А.В. ИВАНОВСКИЙ,
А.И. КУЗЯЕВ, И.В. МОРОЗОВ, А.А. ПЕТРУХИН
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский
научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Саров
ДИСКОВЫЕ ВЗРЫВОМАГНИТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Приводится принцип построения дисковых взрывомагнитных генераторов, их параметры, а также возможные применения.
Для проведения исследований в ряде областей современной физики требуются мощные источники электромагнитной энергии. Наиболее распространенным во всем мире способом запасать электромагнитную
энергию является создание конденсаторных батарей. При проведении опытов на больших конденсаторных
батареях с энергозапасом десять и более мегаджоулей значительную часть от стоимости проведения опытов
будет составлять стоимость восстановления разрушаемых вследствие выделения большого количества энергии частей батареи. Альтернативный подход к проблеме запасания большой электромагнитной энергии с
последующим ее быстрым выделением состоит в захвате магнитного потока в токонесущем контуре и в последующем быстром сжатии контура с помощью взрывчатого вещества с целью повышения концентрации
магнитной энергии (А.Д. Сахаров). Сжатие контура должно проходить за времена, меньшие времени диффузии магнитного поля. Наиболее полно эта идея нашла свое воплощение при разработке дисковых взрывомагнитных генераторов.
ДВМГ - устройство одноразового действия. В основу построения генератора положен модульный принцип. Вся конструкция генератора состоит из отдельных дисковых модулей, работающих параллельно на
одну и ту же нагрузку. Принцип построения схемы генератора заключается в том, что проводящие диски
соединенные попарно в центре токопроводящими перемычками образуют полости сжатия магнитного потока. Смежные пластины соседних пар соединены между собой по периметру токопроводящими оболочками с
образованием объемов, которые заполнены зарядами взрывчатого вещества (ВВ). Точки инициирования для
синхронного подрыва зарядов ВВ расположены по оси. При достижении в генераторе магнитного потока
заданной величины замыкается контур генератора, захватывая таким образом введенный магнитный поток.
В этот же момент с помощью системы инициирования подрываются в синхронном режиме заряды ВВ. Под
действием продуктов взрыва токопроводящие пластины, схлопываясь, сжимают магнитный поток во всех
полостях одновременно и вытесняют его из полостей сжатия через передающую линию в нагрузку.
Практически проверены три типоразмера дисковых взрывомагнитных генератора: диаметром 1000, 400 и
250 мм. Генераторы отличаются по назначению, характеристикам и стоимости. Генератор диаметром
1000мм является основным типом генератора для опытов с лайнерами, кинетическая энергия которых превышает 10 Мдж и с другими нагрузками. С помощью такого генератора, состоящего из 15 элементов, можно
сообщить лайнеру энергию порядка ста и более мегаджоулей.
Генераторы диаметром 400 мм предназначены для применения на отдельных этапах работы и получения
промежуточных результатов. В тех случаях, когда не требуется предельно больших значений энергии, опыты с ДВМГ диаметром 400 мм могут иметь и самостоятельное значение и применяться для разгона невзрывающихся лайнеров, для получения мягкого рентгеновского излучения и т.д. В экспериментах с ДВМГ
диаметром 400 мм и фольговым размыкателем тока была получена скорость лайнера - 50 км/сек. Генераторы диаметром 400 мм дешевле генераторов диаметром 1000 мм и работают на несколько большую индуктивную нагрузку.
Еще более дешевы генераторы диаметром 250 мм. Применение рассматриваемых ДВМГ позволяет конденсированным металлическим лайнерам с массой 100 г достичь в расчетах скоростей 10-15 км/с. Расчетное
исследование возможностей обострения токового импульса ДВМГ диаметром 250 мм показало, что характерное время нарастания тока может быть сокращено до величины менее 1 мкс. При этом появляется возможность существенного увеличения скорости лайнера, например, взрывающийся лайнер, удовлетворяющий условию устойчивости, может быть разогнан до 30 км/с. Такие генераторы могут успешно применяться в модельных опытах, как для получения мягкого рентгеновского излучения, так и для разгона лайнеров и
т.п.
Можно также изучать уравнения состояния вещества разгоняемого лайнера. Отличие от обычных газодинамических исследований состоит в том, что могут достигаться значительно большие скорости. В этих
условиях можно также исследовать электрофизические свойства веществ, например, проводимость как
функцию температуры и плотности. Может изучаться физика плазмы с плотностью, приближающейся к
плотности твердых тел, а также могут быть проведены гидродинамические эксперименты при высоких числах Маха (М>5), в материалах с плотностью, близкой к плотности твердого тела, причем значительно ионизированных.