Генерація акустичних коливань при взаємодії сильнострумового пучка релятивістських електронів із твердотільними мішенями. Підсилення коливань за рахунок параметричного ефекту в магнітній рідині. Вплив геометричних та енергетичних параметрів пучка.
При низкой оригинальности работы "Генерація акустичних коливань сильнострумовими релятивістськими електронними пучками", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Але якщо для слабкострумового пучка та поодиноких частинок збуджувані коливання є пружними, то процес генерації акустичних коливань сильнострумовими релятивістськими електронними пучками (РЕП) носить здебільшого нелінійний характер. визначити вплив геометричних та енергетичних параметрів пучка (розміри, форма, енергія електронів пучка та густина струму на мішені) на характеристики коливань, що генеруються; Методи дослідження При виконанні дисертаційної роботи для визначення параметрів отриманих пучків застосовувались стандартні методи вимірювання високих напруг та великих струмів, а саме: вимірювання колекторного і повного току поясами Роговського; повної енергії пучка - графітовим калориметром; напруги на діоді - високовольтним безіндуктивним подільником напруги; імпульсних магнітних полів - індукційними датчиками. При виконанні цієї дисертаційної роботи: - уперше отримано трубчастий пучок релятивістських електронів з енергією ~ 0.6 МЕВ, струмом ~ 5 КА, густиною струму на мішені до 4 КА/см2, товщиною стінки ~ 1 мм і з коефіцієнтом корисної дії понад 80%; уперше виміряна повздовжня та поперечна швидкість фрагментів газоплазмового факелу, який виникає на поверхні металевої мішені під дією трубчастого сильнострумового РЕП і показано, що за механізмом абляції в енергію коливань мішені переходить до 2 % енергії пучка;Зокрема, збільшення струму пучка в магнітоізольованому діоді із “зверненим” полем було досягнуто зменшенням довжини катодної ніжки і використанням заземлених анодних уставок в камері транспортування. Застосуванням магнітної компресії в області формування пучка була підвищена густина струму, при цьому закорочування прискорювального проміжку в діоді не спостерігалось, тобто тривалість імпульсу струму в даному випадку визначається лише часом розряду ємності ГІНУ на навантаження (діод) і може бути збільшена підвищенням ємності ГІНУ. Для реєстрації пружних напружень був розроблений блок акустичної реєстрації, до складу якого входили: напівхвильовий датчик тиску, система калібрування, система переміщення акустичного детектора по мішені, що дозволяла знімати просторовий та часовий розподіл поля акустичних напружень. Показано, що такі пучки за термоакустичним механізмом генерують ультразвукові коливання, частоти яких для мішеней, що використовувались, знаходяться в діапазоні (60…70) КГЦ (див. рис. Наведено розподіл амплітуди збуджуваних ультразвукових коливань по діаметру зони опромінювання, з якого випливає, що у разі використання трубчастого РЕП відбувається фокусування коливань на вісі пучка, а в разі використання суцільного РЕП розподіл амплітуди збуджуваних коливань збігається з розподілом густини струму на мішені.Орієнтовані на задачі отримання акустичного випромінювання проведені дослідження були присвячені генерації акустичних коливань при опромінюванні металевих мішеней сильнострумовими РЕП мікросекундної тривалості. В роботі були отримані ультразвукові f = (60…70) КГЦ і звукові низькочастотні f = (300…1250) Гц коливання та поодинокі акустичні імпульси тривалістю t = (5…200) мкс. Генерація сильнострумових РЕП високої якості ефективно здійснюється в магнітоізольованому діоді із “зверненим” магнітним полем, в якому за рахунок зменшення збігу електронів і формуванню трубчастого пучка з тонкою стінкою в умовах сильної магнітної компресії в кілька разів підвищуються густина струму і струм пучка, що транспортується до мішені. В роботі був отриманий трубчастий РЕП з такими параметрами: енергія до 0.6 МЕВ, струм до 5 КА, тривалість імпульсу струму по основі ~ 10 мкс, густина струму на мішені до 4 КА/см2, товщина стінки ~ 1 мм і коефіцієнт корисної дії понад 80%. Опромінення стержневих мішеней призводить до генерації поодиноких звукових імпульсів, тривалість яких визначається тривалістю імпульсу струму і довжиною зони опромінювання, і в роботі складала від 5 мкс для трубчастих пучків до 20 мкс для суцільних.
План
Основний зміст дисертації
Вывод
У дисертації викладено результати досліджень процесу взаємодії сильнострумових релятивістських електронних пучків з конденсованими середовищами, що мають місце в порівняно новому її напрямі. Орієнтовані на задачі отримання акустичного випромінювання проведені дослідження були присвячені генерації акустичних коливань при опромінюванні металевих мішеней сильнострумовими РЕП мікросекундної тривалості. Велике значення було приділене зясовуванню фізичних закономірностей формування, прискорення і транспортування пучків, які використовуються для здійснення акустичної генерації. Особливе значення має отримане в роботі експериментальне підтвердження можливості параметричного підсилення низькочастотних звукових коливань за допомогою магнітної рідини. На основі проведених досліджень згідно розробленій концепції, що заснована на нових фізичних принципах, була вирішена задача отримання акустичного випромінювання. Одержані в роботі наукові і практичні результати дозволяють зробити наступні висновки: 1. Сильнострумовий РЕП мікросекундної тривалості є потужним динамічним ударником, що викликає генерацію акустичного випромінювання в металевих мішенях. В залежності від параметрів пучка і мішеней збудження звуку відбувається за різними механізмами, що приводить до випромінювання акустичних сигналів в широкому частотному діапазоні. Це дозволяє використовувати такий пучок для ефективного збудження металевих випромінюючих мембран в звукових генераторах. В роботі були отримані ультразвукові f = (60…70) КГЦ і звукові низькочастотні f = (300…1250) Гц коливання та поодинокі акустичні імпульси тривалістю t = (5…200) мкс.
2. Генерація сильнострумових РЕП високої якості ефективно здійснюється в магнітоізольованому діоді із “зверненим” магнітним полем, в якому за рахунок зменшення збігу електронів і формуванню трубчастого пучка з тонкою стінкою в умовах сильної магнітної компресії в кілька разів підвищуються густина струму і струм пучка, що транспортується до мішені. Формування такого пучка є необхідною умовою для отримання акустичних коливань з потрібними характеристиками. В роботі був отриманий трубчастий РЕП з такими параметрами: енергія до 0.6 МЕВ, струм до 5 КА, тривалість імпульсу струму по основі ~ 10 мкс, густина струму на мішені до 4 КА/см2, товщина стінки ~ 1 мм і коефіцієнт корисної дії понад 80%.
3. Генерація ультразвукових коливань найбільш ефективно здійснюється при опромінюванні пласких дискових металевих мішеней трубчастим сильнострумовим РЕП. Порівняно з суцільним пучком з такою ж запасеною енергією, амплітуда збуджуваних коливань в кілька разів більша, за рахунок більш високої густини струму на поверхні мішені і фокусуванню коливань на вісі пучка. Для суцільних пучків розподіл по поверхні мішені амплітуди збуджених ультразвукових коливань повторює розподіл густини струму в пучку.
4. Опромінення стержневих мішеней призводить до генерації поодиноких звукових імпульсів, тривалість яких визначається тривалістю імпульсу струму і довжиною зони опромінювання, і в роботі складала від 5 мкс для трубчастих пучків до 20 мкс для суцільних. Застосування акустичної затримки є ефективний спосіб подовження імпульсів. Це дозволяє отримувати поодинокі акустичні імпульси в широкому інтервалі тривалості t = (5…200) мкс.
5. Опромінення пласких мішеней суцільними сильнострумовими РЕП мікросекундної тривалості з густиною струму пучка до 200 А/см2 викликає сильну термічну деформацію поверхні, яка посилюється дією імпульсу віддачі газоплазмового факелу. Після припинення імпульсу струму мішень розвантажується і починає коливатися на власних частотах. В цьому випадку відбувається одночасне випромінювання низькочастотних і ультразвукових коливань. Показано, що застосуванням комбінованих мішеней “стержні-пластина”, можна повністю пригнітити генерацію ультразвукових коливань і отримати низькочастотні коливання без ультразвукового наповнення.
6. Експериментально підтверджені проведені розрахунки щодо можливості підсилення акустичних коливань за рахунок параметричного ефекту в магнітній рідині. При створенні за допомогою зовнішнього магнітного поля в магнітній рідині умов параметричного резонансу, підсилення амплітуди коливань на частоті ~ 50 Гц склало від 3 до 12 разів. Цей результат може бути використаний при створенні звукових генераторів і підсилювачів, в яких на відміну від існуючих здійснюється пряме підсилення низькочастотних звукових коливань.
7. В результаті проведених досліджень запропоновано концепцію отримання акустичного випромінювання, що заснована на нових фізичних принципах. Згідно цієї концепції генерація акустичних коливань здійснюється при опроміненні сильнострумовими РЕП мікросекундної тривалості металевих мішеней, що мають складну стержневу структуру. При виконанні умов параметричного резонансу здійснюється підсилення коливань, що проходять в магнітній рідині. Для реалізації даної концепції необхідними складовими є формування сильнострумового РЕП з потрібними параметрами, створення мішеней спеціальної форми для генерації звукових сигналів визначеного типу, забезпечення здійснення умов параметричного резонансу в магнітній рідині. В дисертаційній роботі проведено розгляд і експериментальне дослідження умов, що забезпечують успішну реалізацію запропонованої концепції.
Список литературы
1. Deryuga V.A., Kalinichenko A.I., Popov G.F., Ponomarev A.G., Uvarov V.V. Excitation of Acoustic Oscillation by Destructive Electron Impact on Polycrystalline Metal Targets // Вісник Харківського університету. Серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 1999. - № 453. - В. 3. - C. 28-32.
2. Клепиков В.Ф., Пономарев А.Г. Скачек Г.В., Толстолуцкий А.Г., Уваров В.В. Особенности воздействия сильноточных трубчатых релятивистских пучков на твердое тело // Вісник Харківського університету. Серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - 2000. - № 469. - В 1, С. 56-60.
3. Егоров А.М., Клепиков В.Ф., Пономарев А.Г., Толстолуцкий А.Г., Уваров В.В., Уваров В.Т. Оптическая диагностика коллекторной плазмы. // Вісник Харківського університету. Серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - № 510. - В.1(13). - 2001. - С. 62-66.
4. Балакирев В.А., Егоров А.М., Пономарев А.Г., Рак О.Л., Уваров В.Т. Параметрическое усиление акустических колебаний в магнитной жидкости // Доповіді НАН України, сер. “Математика, природознавство, технічні науки”. - 2003. - № 2. - С. 78-84.
5. А.с. 1538715 СССР МКИ G 01 T 1/29. Измеритель параметров пучков заряженных частиц / Калиниченко А.И., Пономарев А.Г., Попов Г.Ф., Шкилев А.Л. (СССР). - № 4401524/40-25; Заявлено 04.04.88; Опубликовано 30.04.91, БИ № 16. - 5 с.
6. Уваров В.Т., Ткач Ю.В., Гадецкий Н.П., Скачек Г.В., Пономарев А.Г., Кившик В.Ф., Гапоненко Н.И., Козачек А.С., Прасол Е.А. Получение сильноточных пучков микросекундной длительности с высоким К.П.Д. - М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ. - 1984. - 13 с. (Препр. / ХФТИ; 84-30).
7. Ткач Ю.В., Уваров В.Т., Гадецкий Н.П., Пономарев А.Г., Гапоненко Н.И., Скачек Г.В., Лемберг Е.А. Исследование сильноточного диода с магнитной изоляцией микросекундной длительности // Тезисы доклада на VIII Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям (июнь 1983, Харьков). - ВАНТ. - 1983. - С. 107.
