導入
磁気蓄積発電機は、爆薬を使用して磁束を圧縮することによって動作する高出力パルス発電機です。非常に強い電流が流れる導体に対するローレンツ力の直接作用によって、爆発物を使わずに電磁束を圧縮することも可能です。Zピンチを参照してください。
これらの爆発物発生装置に関する最初の研究は、1950 年代初頭にソ連のサロフにある全ロシア実験物理学研究所(VNIIEF) の核研究センターで独立して行われ、次に米国で行われました。ロスアラモス国立研究所に団結。
歴史的
核融合の研究を実行するには、非常に短く強力な電気パルスまたは磁気パルスの発生器の必要性が 1950 年代初頭からソビエトの科学者に明らかになりました。当時、利用可能な唯一のプロセスは、電気の容量貯蔵を使用するマルクス発生器でした。エネルギー。必要な電力を得るために必要なコンデンサのコストが法外であるため、より経済的な代替技術を模索するようになりました。この結果、アンドレイ・サハロフによる独自のアイデアに基づいて、ソ連初の磁気蓄積発電機が開発されました。
さまざまな種類の発電機
ストリーム圧縮の基本原理が常に同じであっても、適用される技術は非常に多様です。この分野の先駆者である VNIIEF のソ連の科学者は、3 種類の発電機を次々と設計しました。
- ロバート・リュダエフによって開発された最初のタイプの発電機 (MK-1、1951 年) では、導電性の巻線によって生成され、爆薬に囲まれた中空の金属管内に閉じ込められた磁束が、外層が爆発するときに激しい圧縮を受けます。同じタイプの装置が、約 10 年後に LANL の CM (Max) Fowler のチームによって米国で開発されました。
- 次のタイプの発電機 (MK-2、1952 年) では、外側の導電性巻線と爆発物が充填された中心管の間に閉じ込められた磁束が、爆発中に中心管の変形によって生成される円錐形の「ピストン」によって圧縮されます。その内容物の爆発。
- ウラジミール・チェルニシェフによって開発された3番目のタイプの発電機（DEMG）は、凹面の金属ディスクが積み重ねられ、中空モジュール（必要な出力に応じて数が可変）を構成するようにペアで組み立てられ、爆発物で分離されたシリンダーを使用します。このように設計されたシステムは、モジュールと同数の発電機から構成されるセットとして機能します。
このような発電機は、場合に応じて、独立して使用することも、いくつかの連続した段階で組み立てて、1 つの発電機で生成されたエネルギーを次の発電機に伝達して増幅することもできます。たとえば、DEMG 発電機は、MK-2 タイプの発電機によって電力を供給されるように設計されています。
中空管発電機
1952 年の春、RZ Lyudaev、EA Feoktistova、GA Tsyrkov、AA Chvileva は、非常に高い磁場を得る目的で、このタイプの発電機を使った最初の実験を実施しました。
MK-1 ジェネレーターの動作は次のとおりです。
- 縦磁場(7) は、中空の導電性金属シリンダー (5) の内部に生成されます。これは、このシリンダーを囲むソレノイド (4) 内のコンデンサー (1) のバンクを放電することによって行われます (シリンダー内の磁場の迅速な浸透を確実にするため、狭いスロット (6) によって切り欠きがあり、変形の影響で閉じます)。
- 外側に配置された爆薬(8) が点火され、ソレノイドを流れる電流が最大になったときにシリンダーの圧縮が始まります。
- 爆発によって引き起こされた収束する円筒状の衝撃波は、中央の円筒の急速な収縮 (1 km/s 以上) を引き起こし、これによって磁場が圧縮され、誘導電流が生成されます (上で説明したように、収縮速度は第一近似として許容されます)。 、ジュール効果の損失を無視し、シリンダーを完全な導体とみなします)。
最初の実験では、初期磁場 30 kG で 100万ガウスの磁場を得ることができました。
ヘリカル発電機
ヘリカル発電機は主に、安全な距離にある負荷に強力な電流を供給するように設計されています。これらは多段発電システムの最初の段としてよく使用され、出力電流は 2 番目の発電機で非常に強力な磁場を生成するために使用されます。
1 : コンデンサバンク – 2 : 高出力爆薬 – 3 : ソレノイド – 4 : ロードスイッチ – 5 : 負荷 – 6 : 金属シールド
MK-2 ジェネレーターの動作は次のとおりです。
- ソレノイド内のコンデンサ (1) のバンクを放電することにより、導電性金属シリンダー (6) とそれを取り囲むソレノイド (3) の間に縦磁場が生成されます。
- 点火後、爆発波は中央の金属管の内側に置かれた爆薬 (2) 内を伝播します (図の左から右へ)。
- デトネーション波の圧力の影響で管が変形し、巻線との接触点が螺旋を描く円錐形になり、短絡しない巻数が減り、磁束が圧縮されて誘導電流が発生します。 ;
- 磁束圧縮が最大になると、負荷スイッチ (4) が開き、負荷 (5) に最大電流が供給されます。
MK-2 発電機は、最大 10 8 A の強力な電流と非常に高エネルギーの磁場の生成に特に興味があり、爆発エネルギーの最大 20% の割合が実際に磁気エネルギーに変換されます。比較的高い磁場値、最大 2×10 6 Oe の場合。
高性能 MK-2 システムを実際に実現するには、大規模なチームによる綿密な研究が必要でした。これらは 1956 年に実質的に完成し、最初の MK-2 発電機は 1952 年に製造され、1953 年までに最大 1 億アンペアの電流が得られました。
ディスクジェネレーター
DEMG ジェネレーターの動作は次のとおりです。
- 周囲が平坦な円環状の中空モジュールを構成するように対で組み立てられ（A）、爆発物（B）によって互いに分離された導電性金属ディスクが、シリンダー（6）の内側にその軸に沿って整列されています。モジュールの数は、必要な電力 (図は 15 個のモジュールを備えたデバイスを表します) およびディスクの半径 (20 ～ 40 cm 程度) に応じて変わります。
- このデバイスは、上流にある MK-2 タイプの発電機によって電力供給され (5)、各モジュール内に強力な磁場を生成します。
- 点火されると、爆発は軸 (1) 上で始まり、遠心力で放射状に伝播し、もともと軸の近くに位置していた三角形断面の円盤状の突起を推進および変形させます。この突起は各モジュール内でピストンの役割を果たします。
- 爆発が進行するにつれて、この導電性ピストンと壁の同時接近によって各モジュールの内部で磁束が圧縮され、誘導電流 (D) が発生します。
- 誘導電流が最大値に達すると、ヒューズ (7) が溶断し、同時にロード スイッチ (3、8) が閉じ、電流 (E) が負荷に供給されます (ロード スイッチのトリガー モードについては説明されていません)。入手可能なドキュメントに記載されています)。
VNIIEF では、最大 25 個のモジュールを使用するシステムが開発されています。 100 MJ ～ 256 MA の電力は、3 つのモジュールで構成される直径1メートルの発電機によって生成されました。