Источник электромагнитных импульсов

 

Изобретение может быть использовано при создании мощных источников импульсного электромагнитного излучения, предназначенных, например, для зондирования земной поверхности. Источник электромагнитных импульсов содержит селекционированный виток 1, состоящий из электропроводящих секций 3, подключенных параллельно к источнику 2 импульсного тока. Источник имеет повышенную мощность благодаря наличию в каждой из секций 3 размыкателя 4 с разрушаемым проводником. Расположение источника 2 импульсного тока на оси, перпендикулярной плоскости витка 1, позволяет получить направленное излучение. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам, создающим мощные импульсы, электромагнитной энергии как в ограниченном объеме, так и на значительном расстоянии в пространстве от источника, и может быть использована, например, для зондирования земной поверхности с целью определения залежей полезных ископаемых.

Известен источник электромагнитных импульсов для глубинного электромагнитного зондирования земной поверхности, содержащий в качестве источника энергии МГД-генератор и подключенный к нему виток, по которому при работе МГД-генератора протекает импульсный ток [1] Наиболее близким к предлагаемому источнику является устройство, предназначенное для создания в большом ограниченном объеме пульсирующего магнитного поля, которое может воспроизводить часть спектра электромагнитных импульсов, создаваемых ядерным взрывом [2] Данный источник электромагнитного излучения содержит электромагнитное устройство в виде секционированного витка, электрически соединенного с импульсным источником энергии. В результате работы взрывомагнитного генератора (ВМГ), являющегося источником энергии, магнитный поток вытесняется в отдельные секции индуктивного витка с соответствующим возрастанием тока и энергии. Вследствие этого внутри объема витка формируется пульсирующее магнитное поле, которое позволяет имитировать действие отдельного спектра электромагнитных импульсов ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ).

Целью изобретения является увеличение мощности.

Цель достигается тем, что в источнике электромагнитных излучений, содержащем секционированный виток, состоящий из электропроводящих секций, параллельно подключенных к импульсному источнику тока, каждая секция витка содержит размыкатель с разрушаемым проводником, а импульсный источник расположен на оси, перпендикулярный плоскости секционированного витка.

Размещение размыкателей позволяет существенно увеличить мощность ЭМИ. Основным элементом размыкателя является проводник, разрушаемый в результате его электрического взрыва или продуктами детонации взрывчатого вещества. Это необходимо для того, чтобы обеспечить разрыв электрической цепи секции путем резкого многократного увеличения сопротивления за сравнительно короткий промежуток времени (≈ 1 мкс). В этом случае омические потери будут не такими существенными и удасться сохранить примерно на прежнем уровне (в момент разрыва) размыкаемый ток. Необходимым условием работы такого источника является и то, что размыкатели должны размещаться в каждой секции и все они должны срабатывать одновременно в одно и то же время. В противном случае, кроме того, что ЭМИ витка будет неоднородным, не будет наблюдаться и существенного увеличения мощности, так как в одних секциях произойдет разрыв, а в других он не будет наблюдаться. При одновременном разрушении размыкателей в секциях ток, циркулирующий в них на этот момент, практически не изменяется, но в то же самое время происходит многократное увеличение напряжения (в сотни раз), что и обеспечивает увеличение мощности, кратное увеличению напряжения. Если от известных устройств мощность ЭМИ 10¹⁰-10¹¹ Вт, то при обострении мощность увеличивается до 10¹²-10¹³ Вт.

Размещение источника тока на оси, перпендикулярной плоскости витка, обеспечивает уже направленное излучение ЭМИ в противоположную сторону от вершины конуса, у которого основанием является плоскость витка, так как токопроводящие проводники, подходящие к каждой секции по образующей конуса, препятствуют распространению ЭМИ в эту сторону в пространстве.

На фиг.1 показан источник электромагнитного излучения, у которого источник импульсного тока расположен в центре витка; на фиг.2 источник электромагнитного излучения, у которого импульсный источник тока расположен на оси, перпендикулярной плоскости секционированного витка.

Источник электромагнитных импульсов содержит электромагнитное устройство в виде секционированного витка 1, электрически соединенного с импульсным источником 2 энергии, при этом каждая секция 3 витка содержит размыкатель 4 с разрушаемым проводником, а импульсный источник 2 расположен на оси, перпендикулярный его плоскости.

Все секции 3 витка подсоединены к клеммам 5 импульсного источника 2 тока с помощью токопроводящих проводников 6, а сами размыкатели 4 не имеют общих гальванических связей вдоль витка.

Построенный на таком принципе источник электромагнитного излучения позволяет охватить витком 1 с максимальным током I, генерируемым при работе импульсного источника 2 тока на эти секции 3, значительную площадь S и тем самым создать большой магнитный момент Md (с скорость света), требуемый для расширения зоны излучения и получения заданных параметров.

При одновременном разрыве в момент максимума тока всех секций 3 с помощью размыкателей 4 происходит резкое увеличение напряжения в данном витке 1 с током и обеспечивается из-за вихревого характера электрического поля излучение электромагнитной энергии. Так как круговое напряжение на витке определяется суммой напряжений, возникающих в каждой секции 3 при их разрыве, то и происходит общее увеличение мощности импульса. Кроме того, скорость разрыва витка влияет на напряженность электрического поля E_r в волновой зоне, так как она зависит от скорости изменения производной тока в витке E_r= · , где R расстояние от витка до точки наблюдения.

Следовательно, большая напряженность может быть получена только при использовании быстродействующих размыкателей, таких как электрически взрываемые проводники (ЭВП), проводников, разрушаемых с помощью взрывчатых веществ, и т.п.

Экспериментально исследовали образец генератора, изображенный на фиг.1. Виток радиусом 16 м состоял из 16 секций. Площадь витка S 800 м². В качестве размыкателя с разрушаемым проводником использовали электрически взрываемый проводник. ЭВП собирали из трех параллельных проволок марки ПЭВ. Длина ЭВП 2,4 м (что соответствовало ≈ 40% общей длины секции), площадь его сечения 0,46 мм². В качестве импульсного источника энергии использовали ВМГ, который располагали в центре витка. От ВМГ с помощью 16 кабелей энергия подводилась к каждой из 16 секций. При этом оплетку кабеля подсоединяли к концу ЭВП в предыдущей секции, а жилу к другому концу ЭВП в последующей секции. При размыкании витка в каждой секции циркулировал ток ≈ 70 кА.

Предлагаемый генератор по сравнению с известными позволяет увеличить мощность электромагнитного импульса больше чем на порядок при сопоставимых параметрах источника импульсного тока.

Формула изобретения

1. ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источник импульсного тока и секционированный виток, состоящий из электропроводящих секций, параллельно подключенных к источнику импульсного тока, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности, каждая секция секционированного витка включает размыкатель с разрушаемым проводником.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что источник импульсного тока расположен на оси, перпендикулярной плоскости секционированного витка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2