RU2171016C1 - Gear for realization of pinch effect with use of conductors blasted electrically - Google Patents
Gear for realization of pinch effect with use of conductors blasted electrically Download PDFInfo
- Publication number
- RU2171016C1 RU2171016C1 RU2000101249A RU2000101249A RU2171016C1 RU 2171016 C1 RU2171016 C1 RU 2171016C1 RU 2000101249 A RU2000101249 A RU 2000101249A RU 2000101249 A RU2000101249 A RU 2000101249A RU 2171016 C1 RU2171016 C1 RU 2171016C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pinch
- ring
- wires
- conductors
- wire
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 241000321453 Paranthias colonus Species 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы, получаемой с помощью электрически взрывающихся проводников. The invention relates to techniques for high-temperature plasma obtained using electrically exploding conductors.
Известно устройство для осуществления пинча с помощью электрически взрываемых проводников, представляющее собой две или более скрещивающиеся проволочки, нагруженные на источник импульсного тока [1] (Иваненков Г.В., Мингалеев А. Р., Пикуз С.А. и др., "Экспериментальное изучение динамики Х-пинча", Физика плазмы, 1996, т. 22, N 5, с. 403-418). Это устройство получило название Х-пинча за внешнее сходство двух скрещивающихся проволочек с соответствующей буквой. Работает устройство следующим образом: при пропускании через проволочки импульса тока большой силы происходит электрический взрыв проволочек, переход их в плазменное состояние, самосжатие (линчевание плазмы) с образованием неустойчивости типа перетяжки, которая служит, например, источником рентгеновского излучения. В отличие от перетяжки, возникающей при электровзрыве одной проволочки, когда она может возникнуть в любом месте проволочки, положение перетяжки в Х-пинче заранее определено (место скрещивания проволочек), что является основным достоинством известного устройства. A device for implementing a pinch using electrically exploded conductors, which is two or more crossed wires loaded on a pulse current source [1] (Ivanenkov G.V., Mingaleev A.R., Pikuz S.A. et al., " An experimental study of the dynamics of the X-pinch ", Plasma Physics, 1996, v. 22, No. 5, pp. 403-418). This device is called the X-pinch for the outward similarity of two crossed wires with the corresponding letter. The device operates as follows: when a large current pulse is passed through the wires, an electric explosion of the wires occurs, their transition to the plasma state, self-compression (plasma lynching) with the formation of an instability such as a constriction, which serves, for example, as an X-ray source. In contrast to the hauling, which occurs during the electric explosion of one wire, when it can occur anywhere in the wire, the position of the hauling in the X-pinch is predetermined (the place where the wires are crossed), which is the main advantage of the known device.
Однако Х-пинч в этом устройстве не защищен от змейковой и изгибной неустойчивостей, которые могут привести к искривлению плазменных каналов и срыву генерации излучения. However, the X-pinch in this device is not protected from serpentine and bending instabilities, which can lead to curvature of the plasma channels and disruption of the generation of radiation.
Известно также устройство для осуществления пинча с помощью электрически взрываемых проводников [2] (Golub Т.А., Volkov N.B, Spielman R.V., Gondarenko N. A. , "Multiwire screw-pinch loads for generation of terawatt x-ray radiation", Appl. Phys. Lett., 1999, v. 74, N 24, p. 3624-3626), представляющее собой систему прямолинейных проволочек, концы которых размещены на двух коаксиально установленных и разнесенных вдоль оси кольцевых электродах так, чтобы место контакта одного конца каждой проволочки было размещено на одном кольцевом электроде, а место контакта другого конца - на другом кольцевом электроде, причем оба места контактов каждой проволочки с кольцевыми электродами разнесены друг относительно друга по азимуту. В [2] источник импульсного тока подключен к кольцевым электродам. Also known is a device for pinching using electrically exploded conductors [2] (Golub T.A., Volkov NB, Spielman RV, Gondarenko NA, "Multiwire screw-pinch loads for generation of terawatt x-ray radiation", Appl. Phys. Lett., 1999, v. 74, N 24, p. 3624-3626), which is a system of straight wires, the ends of which are placed on two coaxially mounted and spaced apart along the axis of the ring electrodes so that the contact point of one end of each wire was placed on one ring electrode, and the contact point of the other end is on the other ring electrode, both months The contacts of each wire with the ring electrodes are spaced relative to each other in azimuth. In [2], a pulse current source is connected to ring electrodes.
В этом устройстве осуществляется так называемый S-пинч. Свое название S-пинч получил от английского термина "screw pinch". This device implements the so-called S-pinch. S-pinch got its name from the English term "screw pinch".
В S-пинче проволочки образуют пространственную структуру, огибающая которой является однополостным гиперболоидом вращения. К достоинству S-пинча можно отнести то, что при пропускании через проволочки электрического тока магнитное поле имеет помимо азимутальной аксиальную компоненту (в Х -пинче -только азимутальная), что подавляет развитие змейковой и изгибной неустойчивостей. In the S-pinch, the wires form a spatial structure, the envelope of which is a single-cavity hyperboloid of revolution. The advantage of the S-pinch can be attributed to the fact that when an electric current is passed through the wires, the magnetic field has an axial component in addition to the azimuthal component (in the X-pinch it is only azimuthal), which suppresses the development of snake and bending instabilities.
Однако место возникновения перетяжки в S-пинче определено слабо. Ясно, что перетяжка начнет формироваться в самом узком сечении огибающего гиперболоида вращения, но в процессе линчевания наиболее плотная часть плазмы может уйти из этого сечения, а также переместиться в радиальном направлении от оси гиперболоида. Таким образом, неопределенность положения перетяжки на конечной стадии линчевания - основной недостаток известного устройства для осуществления S-пинча. However, the origin of the constriction in the S-pinch is poorly defined. It is clear that the constriction will begin to form in the narrowest section of the envelope of the hyperboloid of revolution, but during lynching, the densest part of the plasma can leave this section and also move in the radial direction from the axis of the hyperboloid. Thus, the uncertainty of the position of the waist at the final stage of lynching is the main disadvantage of the known device for the implementation of S-pinch.
Известна еще одна разновидность устройства для осуществления S-пинча с помощью электрически взрываемых проводников [3] (Spielman R.B., "Theoretical study of Rayleigh-Taytor instabilities in Z-pinch loads and computations of multi-wire array loads for the Z generator, Final report, Contract Number BC-5017, Sandia National Laboratories, Albuquerque, USA, 1998, 145 p.), которое содержит кольцевые коаксиальные электроды, расположенные на расстоянии друг от друга по оси, две или более проволочки, каждая из которых одним концом контактирует с одним кольцевым электродом, а другим концом - с другим кольцевым электродом, и импульсный источник тока, подключенный к кольцевым электродам, причем каждая из проволочек выполнена в виде спиральной винтовой линии с переменным диаметром, который в плоскостях кольцевых электродов равен диаметру этих электродов, а в некоторой плоскости, параллельной плоскостям кольцевых электродов и находящейся межу ними, диаметр винтовых линий каждой из проволочек принимает одинаковое положительное значение, меньшее минимального из диаметров кольцевых электродов. There is another variation of the device for implementing an S-pinch using electrically exploded conductors [3] (Spielman RB, "Theoretical study of Rayleigh-Taytor instabilities in Z-pinch loads and computations of multi-wire array loads for the Z generator, Final report , Contract Number BC-5017, Sandia National Laboratories, Albuquerque, USA, 1998, 145 p.), Which contains ring coaxial electrodes located at an axial distance from each other, two or more wires, each of which is connected at one end to one ring electrode, and the other end with the other ring electrode, and a pulsed current source connected to the ring electrodes, each of the wires being made in the form of a helical helix with a variable diameter, which in the planes of the ring electrodes is equal to the diameter of these electrodes, and in a plane parallel to the planes of the ring electrodes and located between them, the diameter of the helical lines of each of the wires takes the same positive value, smaller than the minimum of the diameters of the ring electrodes.
Это устройство для осуществления S-пинча с помощью электрически взрываемых проводников выбрано нами за прототип. Его достоинства и недостатки полностью повторяют достоинства и недостатки устройства [2], а именно максимум плотности плазмы в процессе пинчевания может сместиться с оси системы и из плоскости минимального диаметра спиралей. This device for the implementation of the S-pinch using electrically exploded conductors was chosen by us as a prototype. Its advantages and disadvantages completely repeat the advantages and disadvantages of the device [2], namely, the maximum plasma density during pinching can shift from the axis of the system and from the plane of the minimum diameter of the spirals.
В связи с этим возникает техническая задача, с одной стороны обеспечения устойчивости системы проволочек по отношению к змейковой и изгибной неустойчивостям, а другой стороны - обеспечения полной определенности местоположения перетяжки. In this regard, a technical problem arises, on the one hand, ensuring the stability of the wire system with respect to snake and bending instabilities, and on the other hand, ensuring the full determination of the hauling location.
Технический результат при использовании предлагаемой системы проволочек заключается в том, что местоположение перетяжки полностью определено (как в Х-пинче) и одновременно подавляются змейковая и изгибная неустойчивости (по схеме, сходной с S-пинчем). The technical result when using the proposed system of wires is that the location of the waist is completely determined (as in the X-pinch) and at the same time the snake and bending instabilities are suppressed (according to a scheme similar to the S-pinch).
Этот результат достижим за счет того, что в устройстве для осуществления пинча с помощью электрически взрываемых проводников, содержащем кольцевые коаксиальные электроды, расположенные на расстоянии друг от друга по оси, две или более проволочки, каждая из которых одним концом контактирует с одним кольцевым электродом, а другим концом - с другим кольцевым электродом, и импульсный источник тока, подключенный к кольцевым электродам, причем каждая из проволочек выполнена в виде спиральной винтовой линии с переменным диаметром, который в плоскостях кольцевых электродов равен диаметру этих электродов, и в отличие от прототипа в некоторой плоскости, параллельной плоскостям кольцевых электродов и находящейся между ними, диаметр винтовых линий каждой проволочки равен нулю, в то время как кривизна каждой проволочки в точке пересечения с этой плоскостью отлична от нуля. This result is achievable due to the fact that in the device for the implementation of the pinch using electrically exploded conductors containing ring coaxial electrodes located at a distance from each other along the axis, two or more wires, each of which at one end is in contact with one ring electrode, and the other end - with the other ring electrode, and a pulsed current source connected to the ring electrodes, each of the wires being made in the form of a helical helix with a variable diameter, which in the velocities of the ring electrodes is equal to the diameter of these electrodes, and unlike the prototype in a plane parallel to the planes of the ring electrodes and located between them, the diameter of the helical lines of each wire is zero, while the curvature of each wire at the intersection with this plane is non-zero .
Легко видеть, что в плоскости, в которой диаметры винтовых линий всех проволочек равны нулю, реализуется точечный контакт всех проволочек друг с другом, в месте положения которого может произойти перетяжка (как в Х-пинче), а с другой стороны, спиральность проволочек обеспечивает возбуждение током, протекающим по ним, аксиальной компоненты магнитного поля (как в S-пинче), что подавляет развитие змейковой и изгибной неустойчивостей. В связи можно предложить специальное название пинча, осуществляемого в предлагаемом - SX-пинч. Но здесь отметим, что поскольку в точке контакта проволочек между собой радиус кривизны каждой проволочки отличен от нуля, то аксиальное магнитное поле возбуждается также теми участками проволочек, которые непосредственно примыкают к точке касания, что еще больше способствует устойчивости пинча. It is easy to see that in the plane in which the diameters of the helical lines of all the wires are equal to zero, a point contact of all the wires with each other is realized, at the position of which a constriction can occur (as in the X-pinch), and on the other hand, the helicity of the wires provides excitation the current flowing through them, the axial component of the magnetic field (as in the S-pinch), which inhibits the development of snake and bending instabilities. In connection, you can offer a special name for the pinch, carried out in the proposed - SX-pinch. But here we note that since the radius of curvature of each wire is different from zero at the point of contact between the wires, the axial magnetic field is also excited by those sections of the wires that are directly adjacent to the point of contact, which further contributes to the stability of the pinch.
На чертеже показан пример устройства для осуществления SX-пинча с помощью электрически взрываемых проводников, выполненного с тремя спиральными проволочками так, что поверхность, огибающая винтовые линии составлена из двух обращенных друг к другу вершинами одинаковых прямых круговых конусов. The drawing shows an example of a device for implementing an SX-pin using electrically exploded conductors made with three spiral wires so that the surface enveloping the helical lines is composed of two identical straight circular cones facing each other with vertices.
На чертеже обозначено: 1 - импульсный источник тока, 2 - кольцевые электроды, 3 - проволочки, X - точка перекрещивания проволочек, где возникает перетяжка. The drawing indicates: 1 - pulsed current source, 2 - ring electrodes, 3 - wires, X - the point of intersection of wires, where there is a constriction.
В качестве импульсного источника тока 1 может быть выбран, например, генератор на основе плазменного прерывателя тока типа тех, что представлены в [4] (Быстрицкий В.М., Месяц Г.А., Ким А.А. и др., "Микросекундные плазменные прерыватели тока", Физика элементарных части и атомного ядра, 1992, т. 23, N 1, с. 19-57). As a pulsed current source 1, for example, a generator based on a plasma current chopper such as those presented in [4] (Bystritsky V.M., Mesyats G.A., Kim A.A. et al., " Microsecond Plasma Current Breakers ", Physics of elementary parts and atomic nuclei, 1992, v. 23, No. 1, pp. 19-57).
Проволочки 3 могут быть выполнены из любого металла, иметь диаметр в несколько единиц или десятков микрон и длину выпрямленной спирали в несколько сантиметров. The wires 3 can be made of any metal, have a diameter of several units or tens of microns and a straightened spiral length of several centimeters.
Устройство по необходимости может располагаться внутри вакуумной камеры. The device, if necessary, can be located inside the vacuum chamber.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. При пропускании через проволочки импульса тока большой силы (например, величиной в 1 МА и более) происходит электрический взрыв проволочек, переход их в плазменное состояние, самосжатие (линчевание плазмы) с образованием неустойчивости типа перетяжки, которая служит, например, источником рентгеновского излучения. Перетяжка в данном случае локализована в месте точечного контакта проволочек друг с другом, а развитие змейковой и изгибной неустойчивостей подавлено аксиальным магнитным полем тока, протекающего в SX-пинче. Таким образом, техническая задача полностью решена за счет технического решения, изложенного в формуле изобретения. The proposed device operates as follows. When a large current pulse (for example, a magnitude of 1 MA or more) is transmitted through the wires, an electric explosion of the wires occurs, their transition to the plasma state, self-compression (plasma lynching) with the formation of a type of instability, which serves, for example, as an X-ray source. The constriction in this case is localized at the point of point contact of the wires with each other, and the development of snake and bending instabilities is suppressed by the axial magnetic field of the current flowing in the SX pinch. Thus, the technical problem is completely solved due to the technical solution set forth in the claims.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101249A RU2171016C1 (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Gear for realization of pinch effect with use of conductors blasted electrically |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101249A RU2171016C1 (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Gear for realization of pinch effect with use of conductors blasted electrically |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2171016C1 true RU2171016C1 (en) | 2001-07-20 |
Family
ID=20229526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000101249A RU2171016C1 (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Gear for realization of pinch effect with use of conductors blasted electrically |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2171016C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2222120C2 (en) * | 2002-01-31 | 2004-01-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Device for producing high-temperature plasma built around multiwire liner |
| RU2231935C2 (en) * | 2002-08-26 | 2004-06-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Device for producing high-temperature plasma |
| RU2266628C2 (en) * | 2002-10-22 | 2005-12-20 | Скворцов Владимир Анатольевич | Method for generation of short-pulse x-ray and corpuscular emission during transformation of substance to extreme states under conditions of decreased voltage use |
| RU2315449C1 (en) * | 2006-06-13 | 2008-01-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Device for producing dense high temperature plasma in z-pinch |
| RU2775486C1 (en) * | 2021-11-18 | 2022-07-01 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Mobile x-ray apparatus and method for obtaining high resolution x-ray images (options) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4543231A (en) * | 1981-12-14 | 1985-09-24 | Ga Technologies Inc. | Multiple pinch method and apparatus for producing average magnetic well in plasma confinement |
| US4560528A (en) * | 1982-04-12 | 1985-12-24 | Ga Technologies Inc. | Method and apparatus for producing average magnetic well in a reversed field pinch |
| US4608537A (en) * | 1984-06-14 | 1986-08-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Low perturbation electron injector for cyclic accelerators |
| US4620080A (en) * | 1984-06-27 | 1986-10-28 | Nippon Steel Corporation | Plasma jet generating apparatus with plasma confining vortex generator |
| US4734247A (en) * | 1985-08-28 | 1988-03-29 | Ga Technologies Inc. | Helical shaping method and apparatus to produce large translational transform in pinch plasma magnetic confinement |
| SU347006A1 (en) * | 1970-04-06 | 1995-02-09 | Н.Г. Макеев | Plasma source of penetrating radiation |
-
2000
- 2000-01-17 RU RU2000101249A patent/RU2171016C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU347006A1 (en) * | 1970-04-06 | 1995-02-09 | Н.Г. Макеев | Plasma source of penetrating radiation |
| US4543231A (en) * | 1981-12-14 | 1985-09-24 | Ga Technologies Inc. | Multiple pinch method and apparatus for producing average magnetic well in plasma confinement |
| US4560528A (en) * | 1982-04-12 | 1985-12-24 | Ga Technologies Inc. | Method and apparatus for producing average magnetic well in a reversed field pinch |
| US4608537A (en) * | 1984-06-14 | 1986-08-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Low perturbation electron injector for cyclic accelerators |
| US4620080A (en) * | 1984-06-27 | 1986-10-28 | Nippon Steel Corporation | Plasma jet generating apparatus with plasma confining vortex generator |
| US4734247A (en) * | 1985-08-28 | 1988-03-29 | Ga Technologies Inc. | Helical shaping method and apparatus to produce large translational transform in pinch plasma magnetic confinement |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SPIELMAN R.B. Theoretical study of Rayleigh-Taylor instabilities in Z-pinch loads and computations of multi-wire array loads for the Z generator. Final report. Contract Number BC-5017, Sandia National laboratories, Albuquerque, USA, 1998, p. 145. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2222120C2 (en) * | 2002-01-31 | 2004-01-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Device for producing high-temperature plasma built around multiwire liner |
| RU2231935C2 (en) * | 2002-08-26 | 2004-06-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Device for producing high-temperature plasma |
| RU2266628C2 (en) * | 2002-10-22 | 2005-12-20 | Скворцов Владимир Анатольевич | Method for generation of short-pulse x-ray and corpuscular emission during transformation of substance to extreme states under conditions of decreased voltage use |
| RU2315449C1 (en) * | 2006-06-13 | 2008-01-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Device for producing dense high temperature plasma in z-pinch |
| RU2775486C1 (en) * | 2021-11-18 | 2022-07-01 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Mobile x-ray apparatus and method for obtaining high resolution x-ray images (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4233537A (en) | Multicusp plasma containment apparatus | |
| CN101427013B (en) | Self-stabilizing generator using low-inertial-mass electrons to amplify induced energy | |
| Boswell et al. | Helicons-the early years | |
| JP2587281B2 (en) | Electron accelerator with coaxial cavity | |
| Gomez et al. | Experimental study of current loss and plasma formation in the Z machine post-hole convolute | |
| Stenzel et al. | Helicons in unbounded plasmas | |
| JP2010511273A (en) | Planar helical undulator | |
| KR20230011431A (en) | magnetic mirror machine | |
| US3278384A (en) | Negative "v" stellarator | |
| RU2171016C1 (en) | Gear for realization of pinch effect with use of conductors blasted electrically | |
| Urrutia et al. | Helicon waves in uniform plasmas. IV. Bessel beams, Gendrin beams, and helicons | |
| Baty | Magnetic topology during the reconnection process in a kinked coronal loop | |
| EP1662848B1 (en) | Electromagnetic induced accelerator based on coil-turn modulation | |
| US6891712B2 (en) | Field converter | |
| Mazarakis et al. | Ultrafast LTD's for bremsstrahlung diodes and Z-pinches | |
| EP3397032A1 (en) | Acceleration cavity and accelerator | |
| Reiser et al. | Design features of small electron ring for study of recirculating space-charge-dominated beams | |
| RU2315449C1 (en) | Device for producing dense high temperature plasma in z-pinch | |
| US4166761A (en) | Fusion chamber | |
| GB994561A (en) | Improvements in and relating to travelling-wave tubes | |
| KR20160074383A (en) | Wire bundle and manufacturing method of the same | |
| Selemir et al. | Study of possibility of soft X-ray generation in experiments with magnetocumulative generators | |
| Somacal et al. | Simulations of electron trajectories under the influence of an array of permanent magnets in a compact ion source | |
| Shapovalov | A new compact, portable 2-LTD-brick x-pinch driver at the Idaho Accelerator Center: design, fabrication, testing and x-ray performance | |
| Li et al. | Pulsed magnetic quadrupole lenses for high rigidity beams |