Импульсная передача магнитной энергии

УДК 537.6(06) Мощная импульсная электрофизика
А.П.ЛОТОЦКИЙ, Е.В.ГРАБОВСКИЙ, М.К.КРЫЛОВ
ГНЦ РФ «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований»
ИМПУЛЬСНАЯ ПЕРЕДАЧА МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ
Обсуждается возможность использования использования индуктивных накопителей в качестве исходного источника энергии сильноточных драйверов. Выделены основные технические проблемы, требующие проведения исследований
и новых решений.
В сверхмощных приложениях импульсной электрофизики, связанной, например, с ускорением легких
излучающих лайнеров в инерциальном УТС или генерацией сильноточных пучков основным импедансом
нагрузки импульсного драйвера обычно является индуктивность. При генерации магнитного поля в ускорительном нагрузочном узле используется либо источник с запасом магнитной энергии (индуктивный накопитель), либо с энергией другого вида. В первом случае задача состоит в оптимальном согласовании параметров индуктивностей и быстродействии ключей, размыкающих ток. В последнем случае наличие сложного комплекса LCR импедансов обуславливает необходимость минимизации собственного времени контуров. Существует также альтернатива использования кумулятивного генератора с движущимся лайнером,
сжимающим магнитный поток. Если не вдаваться в подробности экспериментальной техники ускорения
лайнера, представляется, что при достаточной скорости лайнера последний случай - самый простой по согласованию.
В представленном обзоре рассматриваются секционированные системы накопления магнитной энергии,
предназначенные для генерации мощных импульсов тока в нагрузках различного типа, в том числе электромагнитных устройств УТС. Большинство нагрузок такого сорта имеют преимущественно индуктивный
импеданс, поэтому обсуждаемая ниже возможность обхода известных ограничений на величину КПД передачи энергии между двумя индуктивностями, полученная за счет реализации многошагового процесса,
расширяет рамки применимости индуктивных накопителей. Однако, при этом возникает ряд новых технических ограничений, которые авторы отмечают в настоящем докладе.
На основе обобщенной энергетической диаграммы проведена параллель между взрывными генераторами
электрических импульсов (ВМГ) и секционированными накопительными катушками, в которых индуктивность изменяется путем последовательных переключений цепи. В последнем случае обсуждается теоретически возможная максимальная величина КПД и оптимальная техническая реализация импульсного устройства. Представлены данные одного из экспериментов.
В докладе приводятся примеры реализации драйверов на основе высокочастотных контуров [1] (Fast
LTD-технология и некоторые данные по большим системам с магнитными накопителями.[2].
Однако, главным вопросом реализации любой установки для установки УТС инерциального типа с зажиганием реакции (т.е. токами 30-50 МА) является правильное решение выходного каскада. С электрофизической точки зрения – это прерывающий ключ, способный отправить такой ток в нагрузочную лайнерную
сборку за 150 нс при напряжении свыше 5 МВ. В настоящее время эта роль отводится плазменным прерывателям тока. С практической точки зрения задача выбора системы формирования потоков энергии, обеспечивающих выходной каскад установки инерциального ТЯ синтеза , имеет в большей степени экономический характер, поскольку может быть реализована в различных вариантах.
Кратко освещено техническое решение, принятое для использования магнитного накопителя в проекте
«БАЙКАЛ» [3] и состояние работ в настоящий момент на макетном стенде «МОЛ», действующем в ТРИНИТИ [4].
Список литературы
1. Ch.Mangeant et al. SPHINX Generator: A 1 mks, 5 to 10 MA Generator for Production of K-shell Radiation. MG-X, p.148- 151.
2. D.Conte, R.D.Ford, W.H.Lupton, I.M.Vitkovitsky. TRIDENT – a Megavolt Pulse Generator Using nductive Energy Storage. 2-nd IEEE
Int. Pulsed Power Conftrtnce, Lubbok,Texas, 1979, pp.276-283.
3. Проект БАЙКАЛ – отработка схемы генерации электрического импульса / Э.А.Азизоа, Е.В.Грабовский, В.П.Смирнов,
А.П.Лотоцкий и др. // Вопросы атомной науки и техники. Серия Териоядерный синтез. 2001. №3. С. 3-17.
4. MODELLING EXPERIMENTS OF POWER AMPLIFIER STAGES FOR “BAIKAL” INSTALLATION. / A.P.Lototsky, E.А. Аzizov,
V.P. Bakhtin et al. //1-th Euro Azian conf. EAPPAS’06 (China, Chengdu, 18-22 september,2006). Proceeding of conf.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 5
1