Электрический взрыв проводника. НИР_Зинчук_Е.Д._Электрический взрыв проводника_гр.Д-238п_отчет. электрический взрыв проводника

• Название: электрический взрыв проводника
• Анкор: Электрический взрыв проводника
• Дата: 31.10.2021
• Размер: 1.82 Mb.
• Имя файла: НИР_Зинчук_Е.Д._Электрический взрыв проводника_гр.Д-238п_отчет.docx
• Тип: Документы; #259898
• страница: 8 из 9

6.2 Эксперименты по взрыву микропроводника в зоне высокого давления сходящейся ударной волны

Диаметр исследуемого вольфрамового проводника, который располагался на оси многопроволочного каскада, составлял 30 µm, а его длина — 18 mm. Исследуемый проводник был включен в контур генератора тока WEG. Генератор WEG представляет собой конденсаторную батарею с емкостью 70 nF, коммутируемую с помощью воздушного триггера. Индуктивность контура генератора WEG составляет 1133 nH, напряжение зарядки генератора WEG — 20 kV. Специфика совместного использования двух отдельных генераторов состоит в том, что при протекании тока в контуре генератора ИМРИ-5 в контуре установки WEG за счет взаимной индукции создается значительное напряжение. Если наводимое напряжение превышает пробивное напряжение разрядника в цепи генератора WEG, происходит его преждевременная коммутация и синхронизация этих двух генераторов тока становится невозможной. Для решения этой проблемы узел нагрузки конструктивно был выполнен так, чтобы потокосцепление между контуром генератора тока ИМРИ-5 и WEG было минимальным. Это достигалось тем, что обратный токопровод генератора WEG совпадает с внешним диаметром многопроволочной сборки (рис. 2) и ЭДС индукции в нем наводилась только за счет проникновения магнитного поля внутрь многопроволочного каскада. На рисунке 2, d приведены типичные осциллограммы синхронизированного срабатывания генератора ИМРИ-5 и WEG. Генератор тока WEG срабатывает в расчетный момент прихода ударной волны на центр системы. В вышеописанной геометрии были произведены несколько выстрелов с задержки в 1.61, 1.92, 2.05 и 2.26 µs. Для сравнения параметров взрываемого проводника в условиях повышенного давления и без него были сделаны калибровочные выстрелы, в которых вольфрамовый проводник взрывался при отсутствии ударной волны.
Максимальное отличие в осциллограммах напряжения и тока через взрываемый проводник было зарегистрировано в выстреле с задержкой срабатывания генератора WEG относительно генератора ИМРИ-5 в 1T = 2.05 µs. Сравнение осциллограмм для случая с высоким давлением на оси системы и при его отсутствии приводится на рисунке 4, a. Из данного рисунка видно, что при наличии высокого давления взрыв микропроводника происходит позже на 15 ns. Различие двух режимов взрыва отражает и зависимость сопротивления проводника от энерговклада, приведенная на рисунке 4, b. Данная зависимость построена с учетом индуктивной составляющей, присутствующей в измерительной цепи (за счет изменения напряжения на данном участке цепи), содержащей реактивное сопротивление микропроводника и индуктивность 210 nH. Статистический анализ экспериментальных данных по взрыву вольфрамовых проводников на установке WEG при отсутствии ударной волны, проведенный по 10 выстрелам, показал, что разброс момента времени, при котором напряжение на проводнике достигает максимума, невелик и составляет ±1.5 ns. Поэтому полученные экспериментальные данные зависимости времени взрыва вольфрамового проводника от величины давления окружающей среды можно считать достоверными. [3]


Рисунок 4 - a — осциллограмма тока и напряжения при взрыве вольфрамового микропроводника в отсутствие (Sh21, кривые 1) и при наличии высокого давления (Sh23, кривые 2) вокруг него; b — зависимость сопротивления вольфрамового проводника диаметром 30 µm от энерговклада в данный микропроводник.

7 Потребление энергии взрывающимся проводником

Электрический взрыв происходит при больших плотностях тока ( I > 5*10⁶ А/см² для диаметра 0,1 мм), когда нагревание идет настолько быстро, что прежде, чем проводник успеет деформироваться, в металле выделится энергия w > w*, при которой он теряет проводимость и обращается в золь. Поскольку время, необходимое для деформации расплавившегося проводника, зависит от его диаметра, то от диаметра зависит плотность тока, обеспечивающего режим взрыва. В стадии исчезновения проводимости проводник становится неоднородным по радиусу. При этом по длине проводник разбивается на «поперечные слои» конденсированного металла и участки его малой плотности, на которых в результате уменьшения металлической проводимости возрастает падение напряжения и возникают разряды. Проводимость этих разрядов значительно больше проводимости «поперечных слоев» 39. Поэтому электропроводность проводника в целом исчезает за счет исчезновения проводимости макроскопических «слоев» вследствие появления в них микроразрывов. Пока не проводилось экспериментальной проверки предположения 20 и 39 о том, что взрывающийся проводник разделяется на «поперечные слои» под действием продольных упругих колебаний после того, как в жидком металле вблизи момента t" исчезает часть металлических связей.

При промежуточных значениях плотности тока или при импульсах тока непостоянной силы возможна деформация проволоки и ее взрыв в местах образующихся сужений, причем остающиеся продукты содержат и макроскопические капли и золь. По мере перехода к плотностям тока j >. 1*10⁷ А/см2 и диаметрам 2а >0,1 мм становятся все более заметными упоминавшиеся радиальные неоднородности, за счет которых может сильно увеличиться энергия взрыва проволоки в целом. Заметим, что в некоторых работах к энергии электрического взрыва причисляют энергию, поступившую от источника тока в продукты разрушения проволоки после возникновения в них разряда.