Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
растрескивание бандажа в аксиальном направлении из-за неизбежной
''бочкообразности" обмотки, возникающей после первых импульсов: на
внешних слоях обмотки появляются аксиальные компоненты пон-деромоторных
сил, направленные от центральных витков к торцам соленоида.
Использование непроводящего бандажа вместо бандажа из нержавеющей стали
позволило на 15% уменьшить напряжение на конденсаторной батарее,
необходимое для получения в импульсном соленоиде заданного поля, так как,
повторим, исключаются потери потока, обусловленные ненулевой
проводимостью замкнутого бандажа из стали. Уменыпе-50
Ри с. 2.30. Электрическая схема установки для получения сильных магнитных
полей:
В - высоковольтный выпрямитель; R ( - зарядный резистор; /?2 -
выравнивающие резисторы; Ду - разделительные диоды; Р - механический
разрядник; Т - коммутирующие тиристоры; С - секции конденсаторной
батареи; L у - основной соленоид. Вспомогательный соленоид ?2
подключается последовательно к основному через диод Д2 с помощью ключа К
при необходимости проведения физических экспериментов при смене
полярности поля. Использование вспомогательного соленоида позволяет
уменьшить знакопеременные нагрузки на основной соленоид. Кроме того,
можно исследовать физические процессы в разных по степени адиабатичности
условиях - скорости нарастания прямого и обратного поля различаются на
порядок
ние напряжения, а следовательно, и тока в обмотке приводит к уменьшению
механических напряжений в соленоиде и тем самым увеличивает его ресурс.
Источником энергии служила конденсаторная батарея емкостью
14,4 мФ с максимальным напряжением 5 кВ. Батарея была составлена из двух
секций по 48 конденсаторов ИМ-5-150 (рис. 2.30), максимальная запасаемая
энергия 180 кДж. Заряд батареи производился от высоковольтного
выпрямителя (t/max = 10 кВ) с начальным током 1 А,
время заряда до напряжения 5 кВ составляло 3 мин. Такая скорость заряда
была вполне приемлема, так как временной интервал, необходимый для
восстановления исходной температуры соленоида (77 К) после импульса с Вт
= 50 Тл, составлял примерно 15 мин. Высоковольтный выпрямитель состоял из
повышающего трансформатора ТМ-30/10 и выпрямительного моста, собранного
на 48 диодах Д1010. Диоды Д (КЦ201Д) обеспечивали раздельный заряд секций
от одного источника через общий резистор R у (9 кОм). Резисторы Д2 (1
кОм) использвались для выравнивания напряжения на секциях, а также для
51
о s 6 9 гг t,мс -ьо -зо -гс -га п ю гп за ьо г,т
Рис. 2.31. Форма импульса поля с Вт =50 Тл
Рис. 2.32. Распределение поля по оси соленоида
принудительного (с помощью вспомогательного механического разрядника)
разряда батареи на землю. Резисторы и /?2 представляли собой гирлянды с
воздушным охлаждением, составленные из резисторов ПЭ-150. Рассеиваемая на
Rt и R2 мощность составляла соответственно 5 и 2 кВт. Разрядник
изготовлялся в виде двух полусферических медных контактов: неподвижный
заземлялся, а подвижный соединялся с R2 ¦
Тиристоры (Т-630, класс 22) обеспечивали раздельный разряд секций через
общую нагрузку - соленоид L г. Секционирование батареи было необходимо
для получения оптимального по току режима тиристоров - ударный ток не
должен превышать 10 кА при длительности импульса 10"2 с [62].
Последовательное включение тиристоров применялось для обеспечения
нормального режима по напряжению (Umax = = 2,2 кВ). Разброс по времени
начала поджига тиристоров составлял
менее 50 мкс. Специальная релейная схема использовалась для
предотвращения аварийных ситуаций и сигнализации о состоянии установки.
Импульс поля имел форму, близкую к полусинусоиде с т0о % 15 мс (рис.
2.31). Распределение поля по оси соленоида показано на рис. 2.32. Процесс
восстановления теплового равновесия соленоида с азотной ванной
регистрировался после импульса поля по изменению сопротивления обмотки
соленоида AR. В режиме максимальной амплитуды поля AR = = 2,5R (77 К),
т.е. сразу после импульса, температура соленоида составляла 130 К.
Соленоид разрушался при Вт = 55 Тл (на втором импульсе) , но выдерживал
до 50 импульсов с Вт = 50 Тл. Ресурс конструкции определялся уже не
столько прочностью провода и бандажа (деформации практически
отсутствовали), сколько механической прочностью изоляции провода:
соленоид разрушался из-за электрического пробоя, вызванного постепенным,
от импульса к импульсу, выкрашиванием изоляции провода.
Идея использования композитных материалов в качестве проводников для
обмотки соленоидов получила дальнейшее развитие в работе
52
Фонера и Боброва (63]. Они применили при изготовлении многовитко-вого
соленоида специально изготовленный провод из несверхпроводящего
композитного материала медь + ниобий. Технология получения этого
материала такова. Вначале раствор ниобия в расплаве меди подвергается
быстрому охлаждению. Образующиеся при этом в медной матрице микрокапли
ниобия вытягиваются в нити при волочении полученного материала через
фильеры. Бевк и коллеги [64] обнаружили, что если в таком
