新しい2つのコンセプト

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18176 (2022) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この原稿では、ステージ間スパークギャップ整流を備えた新しくユニークな 2 ステージフォーミングヒューズ (TSFF) の概念、物理的動作原理、研究を紹介し、極端なパラメータの高出力パルスを形成するためのそのアプリケーションを紹介します。 この論文では、TSFF の性能を分類し、従来の 1 段階フォーミング ヒューズと比較しています。 この結論は、実験室条件での分析および実験研究によって裏付けられています。 TSFF プロトタイプの設計、適用された測定方法とテストスタンドも紹介されています。 TSFF の開発された技術により、非常にコンパクトな設計で、800 kV に達する過電圧と数十 GW のパルス電力を伴う高出力パルスの前例のないパラメーターを達成することができます。 TSFF のユニークな特性により、従来の 1 段フォーミング ヒューズではこれまで不可能であった、電流上昇急峻性や出力電圧が非常に制限されている場合でも、幅広いエネルギー源との効率的な統合が可能になります。 提案されたシステムは、アプリケーションの柔軟性を大幅に高めながら、簡単に拡張できます。

科学や工学の多くの分野では、電流 (数百 kA 程度) または電圧 (数百 kV 程度) の大きな振幅とマイクロ秒の数分の 1 の持続時間を持つ高出力電気パルスを生成する必要があります。 。 このようなパルスは、実験室条件（電圧または電流大気サージ発生器2、3、プラズマまたは核物理学の研究システム、例えばXピンチプラズマ発生器）で極端なパラメータを使用して物理プロセスをエミュレートするために、または高出力電磁放射源を供給するパルスとして使用されます。通常はレーダー システム 4、パルス レーザー ソース 5、または指向性エネルギー システム 6 (対ドローン システム 7、8、軍事システム 9 など) に使用されます。 高出力パルス源の用途では、輸送目的 11 または小さな筐体 (ミサイル本体内など) への設置を可能にするために、コンパクトな形状 10 が必要となることがよくあります。 単一の生成ステージを使用してこのような極端なパラメータのパルスを直接生成することは、重大な技術的困難 (高電圧の電気的または電気力学的および熱的ストレスに起因する) のため、実際には不可能です。 同時に、個々のパルスソースは適切なパルスパラメーターを提供しません（振幅が不十分であるか、パルス持続時間が長すぎるという点で）。 したがって、実際のシステムでは、高出力パルスの生成は、（図 1 に示すように）カスケード システムを使用して間接的に実行されます。このシステムでは、連続する各ステージで、パルスのピーク パワーが相対的に増加し、その期間が短縮されます 12。

高出力パルスカスケード生成および形成システムのブロック図。

高出力パルスの生成と回路形成のソリューションは、生成されるパルスの性質に応じて、電流タイプと電圧タイプのシステムに分類できます。 電圧システムの典型的なソリューションは、マルクス発電機 13、14、15、16 または他のタイプの電圧増倍システムであり、多くの場合、たとえば Blumlein トポロジー 19、20 などの特殊な成形ライン 17、18 と統合されます。 電流型発電機の場合、最も一般的に使用される解決策は、磁束圧縮発電機 (FCG)21、22 です。これは、発電機巻線と結合した磁束の爆発的な圧縮によって電流値を倍増します 23、24、25。 FCG 電流出力パルスは、そのパラメータを負荷要件に適合させるために、パルス形成システム (PFS) で整形されます。 図 2 に、キャパシタ バンクから供給されるヒューズベースの PFS の動作概念図を示します。 フォーミング プロセスは、システムの負荷に伝達される重大な過電圧を生成する非常に高速な開閉スイッチによるフォーミング誘導コイルに流れる電流の動的制限現象に基づいています。 最も頻繁に使用されるスイッチング要素はフォーミング ヒューズ (FF)26、27、28 であり、その動作原理は可溶要素 (ほとんどの場合、良導電性のワイヤまたはフォイル ストリップの束の形で作られます) の急速な崩壊に基づいています。 ) 高密度電流の流れによる 29。 詳細な分類、技術の紹介、および高出力パルスを生成する目的でヒューズを形成するための例示的なパラメータのリスト（さまざまな一次ソースおよびパルス生成システムを考慮して）は、参考文献 30 に記載されています。