RU2195745C2 - Method and device for producing light pulse - Google Patents
Method and device for producing light pulseInfo
- Publication number
- RU2195745C2 RU2195745C2 RU2000130071A RU2000130071A RU2195745C2 RU 2195745 C2 RU2195745 C2 RU 2195745C2 RU 2000130071 A RU2000130071 A RU 2000130071A RU 2000130071 A RU2000130071 A RU 2000130071A RU 2195745 C2 RU2195745 C2 RU 2195745C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- driver
- liner
- chamber
- plasma
- metal particles
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к импульсной технике, а именно к созданию на основе плазменных генераторов импульсных источников света, и может быть использовано при исследованиях в области физики сильного взрыва для получения световых импульсов и в задачах скоростного фотографирования. The invention relates to a pulsed technique, and in particular to the creation of pulsed light sources based on plasma generators, and can be used in research in the field of strong explosion physics to obtain light pulses and in tasks of high-speed photography.
Аналог способа и его критика
Известен способ (выбран за аналог) получения световых импульсов /А. Е. Войтенко, Ж. прикладн. мех. и техн. физ., 1966, 4, 122/, включающий адиабатическое сжатие плоским лайнером рабочего газа, в качестве которого используют воздух, инертные газы или их смеси, с последующим движением высокоскоростного потока плазмы в свободном окружающем пространстве и формированием в нем светящейся области.The analogue of the method and its criticism
A known method (selected for analogue) of obtaining light pulses / A. E. Voitenko, J. applied. fur. and tech. Fiz., 1966, 4, 122 /, including adiabatic compression by a flat liner of a working gas, which is used as air, inert gases or mixtures thereof, followed by the movement of a high-speed plasma stream in free surrounding space and the formation of a luminous region in it.
Недостаток способа состоит в невозможности создания световых импульсов, обладающих большой силой света и длительностью, реализация которых может быть необходима для решения ряда физических задач (например, изучение процессов испарения материалов под влиянием воздействия мощных световых импульсов). Это обусловлено тем, что ионизированный воздух в свободном пространстве обладает слабыми излучающими свойствами, а также тем, что поток плазмы в свободном пространстве быстро остывает и теряет способность к излучению светового импульса. The disadvantage of this method is the impossibility of creating light pulses with a large light intensity and duration, the implementation of which may be necessary to solve a number of physical problems (for example, studying the evaporation of materials under the influence of powerful light pulses). This is due to the fact that ionized air in free space has weak emitting properties, as well as the fact that the plasma flow in free space cools quickly and loses the ability to emit a light pulse.
Аналог устройства и его критика
Известно устройство (взято за аналог) /А. Е. Войтенко, Ж. прикладн. мех. и техн. физ. , 1966, 4, 122/, при помощи которого реализуется указанный способ - взрывной плазменный генератор (ВПГ). Устройство представляет собой камеру с отверстием в месте кумуляции плазмы, образуемой при сжатии разгоняемым лайнером, ограничивающим камеру, рабочего газа, заполняющего эту камеру. Разгон лайнера производится от драйвера, снабженного узлом инициирования, который следует за лайнером и которым является заряд взрывчатого вещества (ВВ). Плазма, сжатая лайнером, через отверстие в камере впрыскивается в окружающее пространство, где и происходит генерация светового импульса.The analogue of the device and its criticism
A device is known (taken as analog) / A. E. Voitenko, J. applied. fur. and tech. physical , 1966, 4, 122 /, by which this method is implemented - an explosive plasma generator (HSV). The device is a chamber with an aperture in the place of cumulation of the plasma formed by compression of the working gas filling this chamber with an accelerated liner that limits the chamber. The liner is accelerated from a driver equipped with an initiation unit, which follows the liner and which is an explosive charge. The plasma compressed by the liner is injected through the hole in the chamber into the surrounding space, where the light pulse is generated.
Недостаток данного устройства состоит в невозможности организации условий создания импульса света с максимальным свечением и длительностью для данной постановки, что связано с потерями энергии драйвера при разгоне лайнера и потерями энергии плазмы в окружающем пространстве. The disadvantage of this device is the impossibility of organizing the conditions for creating a light pulse with a maximum luminosity and duration for this formulation, which is associated with the driver energy loss during acceleration of the liner and plasma energy loss in the surrounding space.
Прототип способа и его критика
Известен способ (выбран за прототип) получения световых импульсов с помощью плазменного генератора ПГ, конкретнее генератора, принцип действия которого основан на использовании энергии взрыва - ВПГ /А. Е. Войтенко и др., ПТЭ, 2, 1970, 201/. Способ состоит в разгоне драйвером лайнера в камере ВПГ, последующем сжатии разгоняемым лайнером рабочего газа, которым заполнена камера. В камере ВПГ при кумуляции сжатого газа вблизи выходного отверстия камеры образуется высокоплотная плазма. Получение импульса света происходит при выведении плазмы через это отверстие в вакуумированный объем.The prototype of the method and its criticism
There is a method (selected as a prototype) of obtaining light pulses using a GHG plasma generator, more specifically a generator, the principle of which is based on the use of explosion energy - HSV / A. E. Voitenko et al., PTE, 2, 1970, 201 /. The method consists in accelerating the liner driver in the HSV chamber, then compressing the working gas with which the chamber is filled with the accelerated liner. During cumulation of compressed gas in the HSV chamber, a high-density plasma is formed near the chamber outlet. A pulse of light is obtained when the plasma is removed through this hole into the evacuated volume.
Недостаток способа состоит в невозможности создания световых импульсов, обладающих большой силой света и длительностью, которые были бы достаточными для ряда физических исследований (теневая подсветка в высокоскоростной фоторегистрации при стандартных развертках от сотен микросекунд до нескольких миллисекунд и т. д.). Такая ограниченность способа связана прежде всего с неэффективным использованием энергии драйвера при разгоне лайнера. The disadvantage of this method is the impossibility of creating light pulses with a large light intensity and duration that would be sufficient for a number of physical studies (shadow illumination in high-speed photographic recording with standard scans from hundreds of microseconds to several milliseconds, etc.). Such a limitation of the method is associated primarily with the inefficient use of driver energy during acceleration of the liner.
Прототип устройства и его критика
Известно устройство (взято за прототип) /А. Е. Войтенко и др., ПТЭ, 2, 1970, 201/ плазменного генератора, конкретнее ВПГ, позволяющее реализовать световой импульс по способу, описанному выше. Это устройство представляет собой осесимметричную камеру с выходным отверстием (сферический сегмент с отверстием в полюсе). Камера заполнена рабочим газом, в качестве которого используют воздух, инертные газы или их смеси. Напротив отверстия в камере установлен плоский лайнер (металлическая пластина), ограничивающий ее объем. За лайнером следует исполняющий функцию драйвера заряд ВВ с узлом инициирования. Таким образом, лайнер обращен одной стороной к полости камеры, а другой - к драйверу. Со стороны выходного отверстия за камерой следует вакуумированная замкнутая оболочка, в которой и происходит формирование импульса света.The prototype of the device and its criticism
A device is known (taken as a prototype) / A. E. Voitenko et al., PTE, 2, 1970, 201 / of a plasma generator, more specifically HSV, which makes it possible to realize a light pulse by the method described above. This device is an axisymmetric chamber with an outlet (a spherical segment with an opening in the pole). The chamber is filled with a working gas, which is used as air, inert gases or mixtures thereof. A flat liner (metal plate) is installed opposite the hole in the chamber, limiting its volume. The liner is followed by a driver explosive charge with an initiation unit. Thus, the liner faces one side of the camera cavity, and the other - to the driver. On the side of the outlet, a closed vacuum enclosure follows the chamber, in which the formation of a light pulse takes place.
Недостатком подобного устройства является ограниченность в достижении оптимальных световых параметров, таких как сила света и длительность светового импульса, которые могут быть получены в данной постановке и важны для решения ряда физических задач (изучение воздействия на материалы мощных световых импульсов, имитация условий техногенных катастроф, теневая подсветка в высокоскоростной фоторегистрации при стандартных развертках от сотен микросекунд до нескольких миллисекунд и т. д.). Причиной является низкий коэффициент преобразования энергии драйвера в световую энергию. The disadvantage of such a device is the limited achievement of optimal light parameters, such as light intensity and the duration of the light pulse, which can be obtained in this formulation and are important for solving a number of physical problems (studying the effects of high-power light pulses on materials, simulating the conditions of technological disasters, shadow lighting in high-speed photographic recording with standard scans from hundreds of microseconds to several milliseconds, etc.). The reason is the low conversion rate of driver energy into light energy.
Сущность изобретения
Задача получения мощных световых импульсов с большой силой света и большой длительностью важна с точки зрения появления физического объекта с параметрами, превышающими достижимые ранее, что позволяет расширить область физических исследований, а именно проблем, связанных с прогнозированием радиационного воздействия на окружающую среду естественных и техногенных катастроф и т.п.SUMMARY OF THE INVENTION
The task of obtaining powerful light pulses with a large light intensity and a long duration is important from the point of view of the appearance of a physical object with parameters exceeding those achievable earlier, which allows us to expand the field of physical research, namely, problems associated with predicting the radiation impact of natural and man-made disasters on the environment and etc.
Технический результат для способа состоит в увеличении коэффициента преобразования энергии драйвера в световую энергию, что позволит получить импульс света с большой силой света и большой длительностью. The technical result for the method consists in increasing the coefficient of conversion of driver energy into light energy, which will allow to obtain a light pulse with a large light intensity and a long duration.
Технический результат для устройства заключается в обеспечении условий оптимального использования энергетических возможностей драйвера и, по сути, увеличении коэффициента преобразования энергии этого драйвера в энергию светового импульса. The technical result for the device is to provide conditions for the optimal use of the energy capabilities of the driver and, in fact, increase the coefficient of conversion of the energy of this driver into the energy of a light pulse.
Технический результат для способа достижим за счет того, что в отличие от известного способа получения светового импульса с помощью ПГ, включающего разгон драйвером лайнера в камере ПГ, сжатие разгоняемым лайнером рабочего газа, заполняющего камеру, кумуляцию сжатого газа вблизи выходного отверстия камеры с образованием плазмы, получение импульса света путем выведения плазмы в замкнутый объем, в предлагаемом способе одновременно с разгоном лайнера, в противоположном движению лайнера направлении от того же драйвера разгоняют массив металлических частиц, претерпевающих термохимические превращения в процессе движения. The technical result for the method is achievable due to the fact that, in contrast to the known method of obtaining a light pulse using a GHG, which includes acceleration by the liner driver in the GHG chamber, compression by the accelerated liner of the working gas filling the chamber, cumulation of the compressed gas near the chamber outlet with the formation of plasma, receiving a light pulse by removing the plasma into a closed volume, in the proposed method, simultaneously with the acceleration of the liner, in the opposite direction of the liner movement from the same driver, the array is accelerated allicheskih particles undergo thermochemical conversion in motion.
Для усиления результата рабочий газ может быть получен из твердофазного источника рабочего газа в процессе движения лайнера. Кроме того, до разгона лайнера замкнутый объем может быть заполнен инертным газом для улучшения излучающих свойств плазмы в замкнутом объеме. To enhance the result, the working gas can be obtained from a solid-phase source of working gas during the movement of the liner. In addition, before the liner accelerates, the closed volume can be filled with an inert gas to improve the radiating properties of the plasma in the closed volume.
Технический результат для устройства достижим за счет того, что в отличие от известного устройства для получения импульса света на основе ПГ, содержащего осесимметричную камеру с осевым выходным отверстием, заполненную рабочим газом, плоский лайнер, установленный в камере напротив выходного отверстия, драйвер с узлом инициирования (например, капсюлем-детонатором, подключенным к подрывной цепи), причем лайнер обращен одной стороной к полости камеры, а другой стороной к драйверу, а также следующую за камерой со стороны выходного отверстия замкнутую оболочку, в предлагаемом устройстве со стороны драйвера, не обращенной к лайнеру, помещен массив металлических частиц, включающий металлические частицы (например, алюминиевую пудру). Кроме того, в качестве конкретного исполнения может быть предложено устройство, где камера выполнена в форме сферического сегмента с отверстием в полюсе, а драйвером служит заряд ВВ. Также возможно заполнение замкнутой оболочки инертным газом, что усилит технический результат. Возможен вариант устройства, в котором для усиления технического результата наряду с металлическими частицами массив содержит активные, и/или инертные добавки, и/или катализаторы. Кроме того, на внутренней поверхности камеры, симметрично ее оси, помещен твердотельный источник рабочего газа, что позволит повысить излучающие характеристики плазмы, генерируемой ПГ. В качестве такого твердотельного источника рабочего газа может быть выбрано взрывчатое вещество. The technical result for the device is achievable due to the fact that, in contrast to the known device for receiving a light pulse based on a GHG, containing an axisymmetric chamber with an axial outlet, filled with a working gas, a flat liner installed in the chamber opposite the outlet, a driver with an initiation unit ( for example, a detonator capsule connected to a blasting circuit), with the liner facing one side of the camera cavity and the other side to the driver, and also following the camera from the outlet side a closed shell, in the proposed device from the driver’s side, not facing the liner, an array of metal particles is placed, including metal particles (for example, aluminum powder). In addition, as a specific embodiment, a device can be proposed where the camera is made in the form of a spherical segment with a hole in the pole, and the driver is an explosive charge. It is also possible to fill the closed shell with inert gas, which will enhance the technical result. A variant of the device is possible, in which, to enhance the technical result, along with metal particles, the array contains active and / or inert additives and / or catalysts. In addition, a solid-state source of working gas is placed on the inner surface of the chamber, symmetrical to its axis, which will increase the emitting characteristics of the plasma generated by the GHG. An explosive may be selected as such a solid-state source of working gas.
При разгоне драйвером лайнера в камере ПГ и сжатии этим лайнером рабочего газа, заполняющего камеру, происходит выталкивание газа из зазора между лайнером и внутренней поверхностью камеры со скоростью, близкой к фазовой скорости точки стыка. Таким образом, происходит формирование плазменных струй. При столкновении этих плазменных струй на оси происходит кумуляция у осевого выходного отверстия с образованием высокотемпературного высокоплотного плазменного поршня (фокуса), разлетающегося при выведении через выходное отверстие в замкнутый объем и вызывающего свечение в этом объеме. Таким образом, происходит формирование первой составляющей светового импульса. Однако при этом часть энергии драйвера, не затраченная на разгон лайнера, бесполезно расходится в окружающем пространстве, уменьшая параметры реализуемого светового импульса. When the driver accelerates the liner in the SG chamber and compresses the liner with the working gas filling the chamber, gas is expelled from the gap between the liner and the inner surface of the chamber at a speed close to the phase velocity of the junction point. Thus, the formation of plasma jets. When these plasma jets collide on the axis, cumulation occurs near the axial outlet with the formation of a high-temperature high-density plasma piston (focus), which expands when removed through the outlet into a closed volume and causes a glow in this volume. Thus, the formation of the first component of the light pulse. However, at the same time, part of the driver’s energy that was not spent on accelerating the liner diverges uselessly in the surrounding space, reducing the parameters of the realized light pulse.
В связи с этим, необходимым является создание условий по оптимальному использованию энергии драйвера и задействованию указанной ее части. In this regard, it is necessary to create conditions for the optimal use of driver energy and the use of this part.
Это становится возможным благодаря тому, что одновременно с разгоном лайнера, в противоположном движению лайнера направлении, от того же драйвера разгоняют массив металлических частиц, претерпевающих термохимические превращения в процессе движения. Таким образом, ранее бесполезная с точки зрения влияния на формируемый импульс света энергия задействуется на разгон массива металлических частиц, скорость которых доводится до значения, достаточного для возбуждения и развития в массиве этих частиц процессов горения и детонации, в силу определенности свойств частиц. Таким образом, за первой составляющей формирующегося импульса света возникает вторая, связанная со свечением, генерируемым разогнанными частицами. This becomes possible due to the fact that simultaneously with the acceleration of the liner, in the direction opposite to the liner’s movement, an array of metal particles, undergoing thermochemical transformations during movement, is accelerated from the same driver. Thus, energy that is previously useless from the point of view of influencing the generated light pulse is used to accelerate an array of metal particles, the speed of which is brought to a value sufficient to excite and develop combustion and detonation processes in the array of these particles, due to the definiteness of the particle properties. Thus, behind the first component of the emerging light pulse, a second one arises, associated with the glow generated by the dispersed particles.
Световая энергия в процессах горения частиц, претерпевающих термохимические превращения при движении, выделяется на протяжении гораздо большего временного интервала, чем время свечения плазменного поршня в замкнутом объеме. Однако их сочетание в подобной постановке позволяет получить импульс света с увеличенной силой и длительностью, что является следствием оптимального использования энергии драйвера, то есть повышением коэффициента преобразования энергии драйвера в световую энергию. Light energy in the combustion processes of particles that undergo thermochemical transformations during movement is released over a much longer time interval than the glow time of a plasma piston in a closed volume. However, their combination in such a formulation allows you to get a light pulse with increased power and duration, which is a consequence of the optimal use of driver energy, that is, an increase in the coefficient of conversion of driver energy into light energy.
В дополнение, для усиления технического результата рабочий газ получают из твердофазного источника рабочего газа (например, ВВ) в процессе движения лайнера. Данный метод позволяет повысить излучающие свойства плазменного поршня, отвечающего за первую составляющую светового импульса. Также до разгона лайнера замкнутый объем может быть заполнен инертным газом. Это создаст дополнительный эффект - усиление первой составляющей светового импульса за счет высокой излучающей способности ионизированного инертного газа. In addition, to enhance the technical result, the working gas is obtained from a solid-phase source of working gas (for example, explosive) during the movement of the liner. This method allows to increase the emitting properties of the plasma piston, which is responsible for the first component of the light pulse. Also, before the liner accelerates, the closed volume can be filled with inert gas. This will create an additional effect - amplification of the first component of the light pulse due to the high emissivity of the ionized inert gas.
Кроме того, существует возможность управления процессом термохимических превращений частиц путем введения в массив частиц активных (например, перхлорат калия), и/или инертных добавок (например, тугоплавкие окислы металлов), и/или катализаторов (например, перманганат калия). Указанные компоненты, оказывая влияние на скорость термохимических превращений, будут влиять на длительность и амплитуду светового импульса. In addition, it is possible to control the process of thermochemical transformation of particles by introducing active (e.g. potassium perchlorate) and / or inert additives (e.g. refractory metal oxides) and / or catalysts (e.g. potassium permanganate) into the particle array. These components, influencing the rate of thermochemical transformations, will affect the duration and amplitude of the light pulse.
Кроме того, термохимическими превращениями можно управлять, изменяя относительное расположение массива металлических частиц и драйвера, геометрию драйвера для реализации светового импульса заданной длительности и амплитуды. Так, при использовании драйвера с протяженной наружной поверхностью (например, форма драйвера - лист), граничащей с массивом металлических частиц, в последнем количество частиц, одновременно разгоняемых до скорости воспламенения, гораздо больше, чем при использовании драйвера с компактной наружной поверхностью (например, форма драйвера - полусфера). В первом случае реализуется относительно короткий световой импульс с крутым фронтом нарастания, во втором - относительно протяженный световой импульс с пологим фронтом нарастания. In addition, thermochemical transformations can be controlled by changing the relative location of the array of metal particles and the driver, the geometry of the driver for the implementation of the light pulse of a given duration and amplitude. So, when using a driver with an extended outer surface (for example, the form of the driver is a sheet), bordering an array of metal particles, in the latter the number of particles simultaneously accelerated to the ignition speed is much larger than when using a driver with a compact outer surface (for example, drivers - hemisphere). In the first case, a relatively short light pulse with a steep rise front is realized, in the second, a relatively long light pulse with a gentle rise front is realized.
Влияние особенностей устройства на основе ПГ на достигаемый технический результат таково: формирование плазмы в осесимметричной камере с осевым выходным отверстием возможно благодаря разгону в камере плоского лайнера, установленного в ней напротив выходного отверстия. При этом лайнер сжимает рабочий газ, заполняющий внутреннюю полость камеры. Разгон лайнера производят от следующего за ним в направлении от выходного отверстия драйвера, срабатывающего от узла инициирования. Таким образом, лайнер в данном устройстве обращен одной стороной к полости камеры, а другой стороной к драйверу. За камерой со стороны выходного отверстия следует замкнутая оболочка. The influence of the characteristics of the GHG-based device on the technical result achieved is as follows: the formation of plasma in an axisymmetric chamber with an axial outlet is possible due to acceleration in the chamber of a flat liner installed in it opposite the outlet. In this case, the liner compresses the working gas filling the internal cavity of the chamber. The liner is accelerated from the driver following it in the direction from the driver’s outlet, which is triggered by the initiation unit. Thus, the liner in this device faces one side of the camera cavity, and the other side to the driver. A closed shell follows the camera from the outlet side.
Процессы, происходящие в такой камере, оказывают влияние на формирование первой составляющей импульса света. Однако эта конструкция не является энергетически выгодной с точки зрения энергии драйвера. The processes taking place in such a chamber affect the formation of the first component of the light pulse. However, this design is not energetically beneficial in terms of driver energy.
Введение в конструкцию массива металлических частиц, включающего металлические частицы, расположенного со стороны драйвера, не обращенной к лайнеру, позволит использовать оптимально эту энергию, то есть направить ее на формирование импульса с более высокими параметрами по силе света и длительности. Это обусловлено способностью массива металлических частиц при разгоне драйвером в направлении, противоположном разгону лайнера, создать при взаимодействии с окружающей средой светящуюся область с большими линейными размерами, отвечающую за вторую составляющую светового импульса. При функционировании драйвера достигаются скорости, достаточные для возбуждения и развития в массиве этих частиц процессов горения и детонации. Массив может представлять собой слой частиц, насыпным образом нанесенный на поверхность драйвера, иначе, массив частиц может быть помещен в отдельный контейнер, который располагается относительно драйвера таким образом, чтобы последний имел возможность разогнать этот массив. Важной особенностью конструкции является содержание в массиве металлических частиц, так как именно металлические частицы, будучи разогнанными, до скорости, превышающей некоторую критическую (например, для алюминиевой пудры значение критической скорости составляет 1,5-2,0 км/с), обладают способностью к самопроизвольному воспламенению и детонации. Introduction to the design of an array of metal particles, including metal particles, located on the driver side, which is not facing the liner, will optimally use this energy, that is, direct it to the formation of a pulse with higher parameters in terms of light intensity and duration. This is due to the ability of an array of metal particles during acceleration by the driver in the direction opposite to acceleration of the liner to create a luminous region with large linear dimensions when interacting with the environment, responsible for the second component of the light pulse. When the driver is operating, sufficient speeds are achieved to excite and develop combustion and detonation processes in the array of these particles. The array may be a layer of particles deposited on the surface of the driver in bulk, otherwise, the array of particles can be placed in a separate container, which is located relative to the driver so that the latter can disperse this array. An important design feature is the content of metal particles in the array, since it is metal particles that are dispersed to a speed exceeding some critical speed (for example, for aluminum powder, the critical speed is 1.5-2.0 km / s), they are capable of spontaneous ignition and detonation.
В конкретной постановке камера может быть выполнена в форме сферического сегмента, с отверстием в полюсе, драйвером может служить заряд ВВ, а узлом инициирования - капсюль-детонатор, подключенный к подрывной цепи. В таком случае формируется светящаяся область с линейными размерами, в десятки раз превышающими начальный радиус заряда ВВ. Замкнутая оболочка до разгона лайнера может быть заполнена инертным газом (например, ксеноном), который, будучи приведен в ионизированное состояние, способен к созданию светящейся области с яркостной температурой порядка 40 000 К, что, например, вдвое выше температуры плазмы, заполняющей вакуумированный замкнутый объем источника света на основе ВПГ /А. Е. Войтенко и др., ПТЭ, 2, 1970, 201/. Такое конструктивное изменение повышает силу света первой составляющей генерируемого светового импульса. In a specific formulation, the camera can be made in the form of a spherical segment, with a hole in the pole, the explosive charge can serve as the driver, and the detonator capsule connected to the blasting circuit can serve as the initiation unit. In this case, a luminous region is formed with linear dimensions tens of times greater than the initial radius of the explosive charge. A closed shell before acceleration of the liner can be filled with an inert gas (for example, xenon), which, when brought into an ionized state, is capable of creating a luminous region with a brightness temperature of about 40,000 K, which, for example, is twice as high as the temperature of a plasma filling an evacuated closed volume HSV / A based light source. E. Voitenko et al., PTE, 2, 1970, 201 /. Such a structural change increases the luminous intensity of the first component of the generated light pulse.
Кроме того, на внутренней поверхности камеры симметрично относительно ее оси может быть помещен твердофазный источник рабочего газа, что позволит увеличить световые параметры первой составляющей генерируемого светового импульса в результате дополнительно стимулированного плазмообразования. В качестве такого источника может быть использован заряд ВВ (например, пластического ВВ). In addition, a solid-phase source of the working gas can be placed symmetrically relative to its axis on the inner surface of the chamber, which will increase the light parameters of the first component of the generated light pulse as a result of additionally stimulated plasma formation. An explosive charge (for example, a plastic explosive) can be used as such a source.
Следует заметить, что и в случае способа и в случае устройства драйвером может быть любой источник энергии, способный одновременно оказывать ускоряющее воздействие как на поверхность лайнера, так и на массив металлических частиц, совместимый с данной постановкой, как то: ВВ, взрывающаяся фольга, газовзрывчатая смесь и т.п. It should be noted that in the case of the method and in the case of the device, the driver can be any energy source capable of simultaneously exerting an accelerating effect both on the liner surface and on an array of metal particles compatible with this formulation, such as: explosive, exploding foil, gas-explosive mixture, etc.
На чертеже схематично изображено устройство импульсного источника света (ИИС), с помощью которого экспериментально показана осуществимость способа. The drawing schematically shows a device of a pulsed light source (IMS), with which experimentally shown the feasibility of the method.
Сведения, подтверждающие возможность достижения технических результатов способа и устройства
Устройство включает
- камеру в форме сферического сегмента (1) с выходным отверстием в полюсе (2), заполненную рабочим газом (воздух) (3),
- плоский лайнер (4) в виде металлической пластины, установленный в камере напротив отверстия и обращенный одной стороной к полости сферического сегмента, а другой стороной к драйверу,
- источник энергии для разгона лайнера - драйвер (заряд ВВ) (5) с узлом инициирования (капсюль-детонатор, подключенный к подрывной цепи) (6),
- твердофазный источник рабочего газа (пластическое ВВ) (7), установленный симметрично относительно оси на внутренней стенке камеры,
- замкнутую прозрачную оболочку (8) с инертным газом (ксенон) (9),
- массив металлических частиц (алюминиевая пудра) (10), расположенный со стороны драйвера, не обращенной к лайнеру.Information confirming the possibility of achieving technical results of the method and device
The device includes
- a chamber in the form of a spherical segment (1) with an outlet in the pole (2), filled with working gas (air) (3),
- a flat liner (4) in the form of a metal plate mounted in the chamber opposite the hole and facing one side to the cavity of the spherical segment, and the other side to the driver,
- a source of energy for accelerating the liner - driver (explosive charge) (5) with the initiation unit (detonator capsule connected to the blasting circuit) (6),
- a solid-phase source of working gas (plastic explosive) (7) mounted symmetrically relative to the axis on the inner wall of the chamber,
- closed transparent shell (8) with an inert gas (xenon) (9),
- an array of metal particles (aluminum powder) (10) located on the driver side, not facing the liner.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Заряд ВВ (5), подрываемый от узла инициирования (6) таким образом, чтобы фронт детонационной волны, выходящий к лайнеру, был плоским, ускоряет лайнер (4) и одновременно массив металлических частиц (10). Во время движения лайнера происходит выделение рабочего газа из твердофазного источника (7) на внутренней поверхности камеры (1). Приобретая скорость в направлении оси камеры за счет выталкивания из зазора сферический сегмент-лайнер, струи рабочего газа сталкиваются, образуя плазменный фокус. Плазма выходит через отверстие (2), распространяясь в заполняющем оболочку (8) инертном газе (9). При этом в объеме инертного газа формируется светящаяся область. Одновременно с этим, в массиве металлических частиц, разогнанных зарядом ВВ, происходят реакции горения и детонации с образованием второй светящейся области. The explosive charge (5), detonated from the initiation unit (6) so that the detonation wave front coming out to the liner is flat, accelerates the liner (4) and simultaneously an array of metal particles (10). During the movement of the liner, the working gas is released from the solid-phase source (7) on the inner surface of the chamber (1). Acquiring speed in the direction of the camera axis by pushing a spherical segment liner out of the gap, the jets of the working gas collide, forming a plasma focus. The plasma exits through the hole (2), propagating in an inert gas (9) filling the shell (8). In this case, a luminous region is formed in the volume of inert gas. At the same time, in an array of metal particles dispersed by an explosive charge, combustion and detonation reactions occur with the formation of a second luminous region.
Таким образом, формируется световой импульс сложной формы, возникающий от обеих светящихся областей. Сила света в этом импульсе достигает значения порядка 100 Мкд, длительность импульса - порядка 50 мс (при массе ВВ драйвера 20 г и массе алюминиевой пудры 50 г). Генерация такого импульса возможна в результате оптимального использования энергии драйвера. Thus, a complex shaped light pulse arises from both luminous regions. The luminous intensity in this pulse reaches a value of the order of 100 MCD, the pulse duration is of the order of 50 ms (with an explosive driver mass of 20 g and an aluminum powder mass of 50 g). The generation of such a pulse is possible as a result of optimal use of driver energy.
Реализуемый на этом устройстве способ состоит в том, что
- разгоняют драйвером (заряд ВВ) (5), возбуждаемым от узла инициирования (6), лайнер (металлическую пластину) (4) в камере взрывного плазменного генератора (1),
- производят сжатие лайнером рабочего газа (3), заполняющего камеру (1) с кумуляцией сжатого газа вблизи отверстия камеры (2),
- при этом образуется плазма, в данном случае при участии твердофазного источника рабочего газа (пластическое ВВ) (7),
- импульс света генерируется при выведении плазмы в замкнутый объем (оболочку (8) с инертным газом (ксенон) (9)).Implemented on this device, the method is that
- accelerated by the driver (explosive charge) (5), excited from the initiation node (6), the liner (metal plate) (4) in the chamber of the explosive plasma generator (1),
- compress the liner with the working gas (3) filling the chamber (1) with the cumulation of compressed gas near the opening of the chamber (2),
- in this case, a plasma is formed, in this case, with the participation of a solid-phase source of the working gas (plastic explosive) (7),
- a light pulse is generated when the plasma is removed into a closed volume (shell (8) with an inert gas (xenon) (9)).
Обязательным при реализации способа является то, что одновременно с разгоном лайнера (4) в противоположном движению лайнера направлении от того же драйвера (заряда ВВ) (5) разгоняется массив частиц (металлические частицы, например алюминиевая пудра) (10), претерпевающих термохимические превращения в процессе движения. It is mandatory when implementing the method that, simultaneously with acceleration of the liner (4) in the opposite direction of the liner from the same driver (explosive charge) (5), an array of particles (metal particles, for example aluminum powder) is accelerated (10), undergoing thermochemical transformations into process of movement.
Реализация способа позволяет получить импульс света, в котором за счет оптимального использования энергии драйвера сила света возрастает примерно в 5 раз, а длительность в 103 раз по сравнению с импульсами света, генерируемыми традиционными лампами вспышками на основе ВПГ /А. Е. Войтенко, Ж. прикладн. мех. и техн. физ., 1966, 4, 122/, /А. Е. Войтенко и др., ПТЭ, 2, 1970, 201/. Это свидетельствует о значительном возрастании коэффициента преобразования энергии драйвера в световую энергию.The implementation of the method allows to obtain a light pulse in which, due to the optimal use of driver energy, the light intensity increases by about 5 times, and the duration is 10 3 times compared with light pulses generated by traditional HSV / A based flash lamps. E. Voitenko, J. applied. fur. and tech. Phys., 1966, 4, 122 /, / A. E. Voitenko et al., PTE, 2, 1970, 201 /. This indicates a significant increase in the coefficient of conversion of driver energy into light energy.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000130071A RU2195745C2 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Method and device for producing light pulse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000130071A RU2195745C2 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Method and device for producing light pulse |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000130071A RU2000130071A (en) | 2002-12-20 |
| RU2195745C2 true RU2195745C2 (en) | 2002-12-27 |
Family
ID=20242823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000130071A RU2195745C2 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Method and device for producing light pulse |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2195745C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462008C2 (en) * | 2010-11-16 | 2012-09-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Explosive plasma-vortex optical radiation source |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4185228A (en) * | 1978-10-19 | 1980-01-22 | Gte Laboratories Incorporated | Electrodeless light source with self-contained excitation source |
| RU2046252C1 (en) * | 1992-07-14 | 1995-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Cumulative exploded-wire radiation source |
| RU2067337C1 (en) * | 1994-07-27 | 1996-09-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Lamp producing high-power radiation in optical range of spectrum |
-
2000
- 2000-11-30 RU RU2000130071A patent/RU2195745C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4185228A (en) * | 1978-10-19 | 1980-01-22 | Gte Laboratories Incorporated | Electrodeless light source with self-contained excitation source |
| RU2046252C1 (en) * | 1992-07-14 | 1995-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Cumulative exploded-wire radiation source |
| RU2067337C1 (en) * | 1994-07-27 | 1996-09-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Lamp producing high-power radiation in optical range of spectrum |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462008C2 (en) * | 2010-11-16 | 2012-09-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Explosive plasma-vortex optical radiation source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5429030A (en) | Hybrid electrothermal light gas gun and method | |
| WO2001033073A1 (en) | Ignition system for an internal combustion engine | |
| JPS5732069A (en) | Igniter for internal combustion engine | |
| Smith et al. | Aerosol− induced air breakdown with CO2 laser radiation | |
| US3173248A (en) | Ionization and plasma acceleration apparatus | |
| Efimov et al. | Aluminum micro-particles combustion ignited by underwater electrical wire explosion | |
| RU2195745C2 (en) | Method and device for producing light pulse | |
| Tanaka et al. | Initiation of nitromethane deflagration promoted by the oxidation reaction of vaporized metal wire | |
| RU2152665C1 (en) | Method for production of light pulse and pulse light source | |
| Beloplotov et al. | Laser monitor visualization of gas-dynamic processes under pulse-periodic discharges initiated by runaway electrons in atmospheric pressure air | |
| RU2675732C2 (en) | Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation | |
| RU2000130071A (en) | METHOD FOR PRODUCING A LIGHT PULSE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| Sakabe et al. | The interactions of ultra-short high-intensity laser pulses with large molecules and clusters: Experimental and computational studies | |
| JP2000504622A (en) | A device for generating stationary particle clouds in space, especially in low-pressure space | |
| RU2171553C1 (en) | Pulse blast source of light | |
| Badiei et al. | Laser initiated detonation in Rydberg matter with a fast propagating shock wave, releasing protons with keV kinetic energy | |
| RU2462008C2 (en) | Explosive plasma-vortex optical radiation source | |
| RU2784408C1 (en) | Method for silhouette video recording of a fast process and apparatus for creating a luminous zone | |
| SU1517544A1 (en) | Apparatus for producing gas jet | |
| RU2338148C2 (en) | Method of creation of fireworks in dense beds of atmosphere for its visual observation from ground surfaces (versions) and pyrotechnic charge for realisation of this method | |
| RU2202759C2 (en) | Explosive source of optical radiation | |
| Starikovskiy | Plasma-Assisted PDE and Deflagration-to-Detonation Transition | |
| Bakulin et al. | Investigation of the ignition of liquid hydrocarbon fuels with nanoadditives | |
| Kim et al. | Experimental study of an underexpanded pulsed plasma-jet | |
| Gord et al. | Imaging strategies for the study of gas turbine spark ignition |