Мощные импульсные источники тока всегда привлекали интерес исследователей в самых разнообразных областях прикладной физики. Сильные магнитные поля и магнитное удержание плотной плазмы, инерциальный термоядерный (ТЯ) эксперимент и электродинамическое ускорение макротел, создание сверхзвуковых плазменных потоков и сильноточных электронных пучков — это лишь малая доля из существующего многообразия развивающихся направлений физического эксперимента, где в успех в значительной мере определяется возможностями используемой мощной импульсной техники.
Собственно говоря, по этой причине большинство международных физических научных симпозиумов и конференций уделяют проблемам развития и совершенствования мощных импульсных устройств электропитания огромное внимание. Таковы международные конференции по генерации мегагауссных полей, проводимые поочередно в США и России, международная конференция «Puise Power», проводимая регулярно учеными США, европейские и американские симпозиумы по технологии электромагнитных ускорителей, российская конференция по сильноточной электронике с участием иностранных ученых и многие другие.
Для инженера-физика, начинающего свой научный путь в быстропротекающем импульсном эксперименте, например, с плазменного разряда, с искрового разряда в жидкой среде или с экспериментов с импульсными магнитными полями при индукции В> 20 Тл, вряд ли может быть понятно, насколько сложны электрофизические проблемы получения высоких и сверхвысоких мощностей. Зачастую возможное решение этих проблем лежит в области, выходящей за рамки современного уровня техники" технологии. Обращаясь к периоду 15-летней давности, приведем в таблице 1 некоторые сведения о потребностях в импульсной электрической мощности для предполагаемых ТЯ реакторов разного типа [1]. За истекшее время получено зажигание реакции на токамаке JET (Калэм, Англия) и завершена разработка первой версии токамака ИТЕР. Однако на импульсных направлениях, где существуют высокие мощностные и энергетические пороги для получения положительного эффекта.
WT51/W,/r> 1, успехи не столь значительны. В частности лайнерные варианты с магнитным удержанием перешли в программу МАГО (в США — программа MTF) [3,4], ориентированную на удержание замагниченой плазмы материальной стенкой и реализуемую пока на взрывных установках. Новая концепция инерциальных систем с нагревом мишени низкотемпературным (100−200 эВ) излучением плазмы (АНГАРА, PBFA2) [5,6] потребовала очень больших токов с величиной 1~ 20 МА при напряжении 10 МВ, получение которых и сейчас представляет значительные трудности.
Таблица 1.
Тип термоядерной системы Характ. время импульса, с Энергия в имульсе, Дж — Мощность, Вт Индукция магн. поля, Тл.
Инерциальный ТЯ синтез и РЭП 10″ 8 107 (5.107) 1015.
Имп. магн. системы (лайнеры и впинчи) ю-3 109 — 1013 10п-1012 10.
Квазистационарные системы (токамаки и стеллараторы) 10 Ю10 108−109 5−10.
По-видимому, в близком будущем верхняя планка необходимой электрической мощности импульсных ТЯ установок может быть поднята на порядок величины. Это может быть связано не столько с принципиальной проблемой получения ТЯ реакции, сколько с рациональными и экологически чистыми технологиями ее использования. Например, в настоящее время уже оценивается применение безнейтронных циклов.
3 11 реакции (Б+ Не, р+ В) [2], которые требуют для осуществления ядерной реакции в плазме температуры нагрева 90−100 кэВ вместо ЮкэВ для обычного (0−0,0+Т) цикла. Увеличение температуры в 10 раз приведет к значительному увеличению мощности излучения плотной плазмы (и в континууме, и из-за примесей), и потребует согласовать мощность, вводимую в плазму или сжимаемую «мишень» с ростом ее потерь.
Разработки в области импульсных источников питания выродились в настоящее время в ряд самостоятельных направлений электрофизических исследований. Каждое из них соответствует некоторому выбранному принципиальному решению импульсной системы, а также соответствует определенному диапазону в шкале выводимых в нагрузку энергии и мощности Рэл.
В ряду разрабатываемых и совершенствуемых импульсных систем индуктивные накопители энергии, которым в основном посвящена диссертационная работа, занимают определенную нишу. С целью представления общей ситуации ниже предлагается короткий обзор достижений в разработке импульсных источников питания различного типа. Выбор типа схемотехнического решения и конструкции импульсного источника тока для питания конкретного опытного устройства-нагрузки всегда является результатом многофакторного анализа ожидаемых выходных параметров и условий работы.
1. Общие характеристики источников импульсной электрической энергии;
Импульсный источник электрической энергии имеет в своем составе минимальный набор устройств, показанный на рис. 1.: первичный источник напряжения или тока, накопитель энергии (аккумулятор), коммутатор или переключатель цепи нагрузки.
Рис. 1 Общая структура импульсного источника электрической энергии.
Нагрузка — потребитель импульсного тока хотя и не входит в комплекс источника, но в значительной мере определяет рабочий режим импульсной системы, т. е. величину тока, напряжения и длительность импульса. Являясь частью разрядного контура (или частью системы передачи электромагнитной энергии) она в существенной мере определяет мощность, развиваемую импульсным источником. Поэтому всегда необходима процедура оптимизация всей разрядной цепи, известная обычно под названием «согласования» нагрузки. Исключение составляет случай, когда внутренний импеданс источника во много раз превышает импеданс нагрузки, и не влияет на величину и форму тока. Последний случай встречается сравнительно редко, но его используют, когда нужно выдержать форму тока, независимо от различных особенностей происходящих процессов. Такой прием, обусловленный необходимостью проведения сравнительных исследований электрического разряда, использован, например, в экспериментах, описанных в 7 главе диссертационной работы.
Вероятно, не надо пояснять, что в представленном наборе устройств определяющим является аккумулятор. Для него есть три характерных параметра, по которым различные накопители можно сравнить между собой:
• время т0, в течение которого накопитель может хранить энергию, полученную от первичного источника,.
• удельная энергоемкость ш запасенной энергии,.
• удельная мощность р, которую накопитель может отдать при импульсном разряде на нагрузку в оптимальном случае.
Удельные величины мы будем использовать для характеристики как объемных параметров накопителей, так и весовых. В последнем случае будем снабжать их подстрочным индексом:
2. Емкостные накопители.
Автору в течение многих лет довелось работать в различных областях импульсного плазменного эксперимента. На основании собственного опыта он с полным основанием может заявить, что емкостной накопитель энергии в лабораторных условиях является наиболее распространенным и удобным источником тока. Самым ответственным элементом конденсатора является изоляция между накопительными обкладками. В большинстве импульсных конденсаторов изоляция обкладок выполнена из бумаги с масляной пропиткой и работает при напряженности электрических полей Е «100−120 МВ/м. На рис. 2 показана зависимость предпробойной величины Е от толщины бумажной изоляции.
Рис. 2 Зависимость предпробойной величины напряженности электрического поля от толщины бумажно-масляной изоляции.
Это определяет максимальную объемную плотность запасенной энергии в.
2 1 диэлектрике = ее0Е 12 = 250−500 кДж м~ при относительной диэлектрической проницаемости е = 3−5, а также оптимальную величину разности потенциалов 10 кВ на обкладках конденсатора. При специальной отбраковке материалов, использовании пакета изоляции (4−5 слоев) с дополнительными синтетическими пленками и высококачественной пропитке жидким диэлектриком значение величины? комбинированной бумажно-пленочной изоляции может быть увеличено в 2−3 раза [7].
Замена минерального масла на касторовое, которое при отличном качестве пропитки бумаги образует химические связи с целлюлозой, в 80-х годах стало общим правилом.
Это позволило получить те конденсаторы, которые сегодня составляют основу эксплуатируемых мощных сильноточных батарей. Их конструктивная (корпус, выводы, краевые участки пакетов снижают параметры) удельная энергоемкость в 2−3 раза меньше указанной выше величины.
Некоторые данные о серийно изготавливаемых конденсаторах приведены в таблице 2. При малых токах утечки (10−50 мкА/модуль) конденсаторы обладают прекрасным показателем хранения энергии: то = десятки мин и очень высокой удельной мощностью, которая даже для сравнительно низковольтных типов достегает величин р = 100 Мвт м" .
ТАБЛИЦА 2 Тип конденсатора Напряжение кВ Емкость мкФ Энергия кДж Ресурс имп. Удельная энергия Дж/м3 (Дж/г) Макс. ток кА Источник данных ИК-6−140 6 150 2,7 Ю4 98(0,03) 50 *.
1 ! ИКМ-25−12 25 12 3,75 5. 103 60 (0,03) 250 *.
ИКМ -50−3 50 3 3,75 5 .10л 60 (0,03) 250 *.
ИК-100−0,4 100 0,4 2,0 2, 103 90 (0,07) 50 *.
КМ-30−10 30 10 4,5 104 65 (-) 400 *.
КМК-60−2 60 2 3,6 103 160 (-) 300 * 1.
ЕС (США) 20 15 3,0 75 (-) [23] !
СО-11 148 (Англия) 100 0,6 3,0 2. 104 55 (-) — [23].
I Конденсаторы с форсированным режимом работы (апериодический разряд) ИКМ-50−6 50 6 7,5 > 103 110 (0,06) — [22] **.
1 ИКМ-50−12 1 1 50 12 15 > 102 220 (0,13) — [22] **.
ИКМ-50−27 50 27 33 <500 490 (0,22) **.
ИКМ-100−1,2 100 1,2 6 >102 270 (0,20) **.
ИКМ-100−2.4 100 2,4 12 <500 540 (0,40) **.
ММ #32 511 24 175 2.10я 920 (0,6) [241.
Аегоуох (США) 8 *** 50 103 — (0,7) 7,5 [25].
Аегоуох (США) *** (1,5) 2,5 [48].
Конденсаторы с «молекулярной» изоляцией.
12ПП-15/0,001 14. Ю" 3 **** 7 >103 2400(1,3) 12 *.
24ПП-30/0,004 26 10″ 3 **** 40 >103 3100(1,5) 8 *.
Примечания: * - Данные заводских инструкций для конденсаторов, изготовленных в России — Мелкосерийное производство (разработка ВЭИ, Москва), конденсаторы с квазибиполярным режимом разряда (не выше 10−20% тока прямого направления) — величина емкости зависит от напряжения.
Известно, что фирма «Максвелл» (США) выпускает конденсаторы с удельной энергоемкостью до 1 МДж/м1. Однако стоит отметить, что такой напряженный режим работы изоляции резко отрицательно сказывается на ресурсе работы конденсаторов. Этот. момент является особенно острым при компоновке энергоблока из большого числа элементов. В России считается приемлемым гарантированный заводамиизготовителями ресурс работы отдельного конденсатора 10 ООО импульсов на предельных параметрах.
В последнее десятилетие велись интенсивные работы по созданию энергоемких конденсаторов с большой удельной энергоемкостью (1 кДж/кт), но с ограниченным разрядным током (до 10 кА). Они базируются на пленочной изоляции с металлическим слоем, наносимым с помощью способа «рулонной» технологии. Фирма Aerovox Inc. выпускает конденсаторы (см. таблицу 2) с «сегментированным» напылением токопроводящего слоя. Каждый сегмент слоя защищен от токов короткого замыкания сформированным на поверхности пленки плавким предохранителем, поэтому конденсатор самозащищен от аварии при пробое. При 104 импульсах фирма гарантирует падение емкости из-за внутренних пробоев не более чем на 2%.
Также развиваются работы по конденсаторам особого типа, имеющим новый тип изоляции, называемой «молекулярной». Такая изоляция формируется с помощью специальной электрохимической технологии в очень тонком слое на поверхности раздела проводников с различным типом проводимости: Большая напряженность электрического поля позволяет поднять на порядок удельный энергозапас. Тем не менее, такие конденсаторы (это название здесь применено условно) имеют значительное внутреннее сопротивление, а разрядные токи не превышают единиц кА, что ограничивает их разрядную мощность. Кроме того, в отличие от масляных конденсаторов здесь допустим только однополярный импульс тока во избежание разрушения изоляции. В России налажено мелкосерийное производство этих накопительных устройств. Их параметры также помешены в таблице 2. Низкая удельная мощность конденсаторов этого типа обычно требует использования в составе импульсного источника дополнительного каскада обострения мощности. Им может являться магнитный накопитель энергии.
3. Индуктивные накопители энергии.
3.1 Характеристики индуктивных накопителей.
Индуктивный накопитель энергии представляет собой катушку (в простейшем случае соленоид), заряжаемую от внешнего источника тока. Его удельную энергоемкость можно получить, исходя из прочности проводников обмотки, которая удерживает давление магнитного поля. Предположим, что обмотка соленоида на рис. 3 достаточно тонкая (порядка 0,1 от радиуса катушки) и выполнена из обычной стали или бронзы с пределом текучести ат=3.108 Н м.
Рис. 3 Поперечное сечение накопительной магнитной катушки Чтобы не допустить разрыва обмотки надо удовлетворить очевидному соотношению: а, с1 г/г > В2 /(2 — (1).
Соответствующая максимальная удельная энергоемкость для выбранного нами материала умакс = 6 10' Дж м-. Последняя величина почти на 4 порядка превышает удельный энергозапас конденсаторов, в чем и заключается привлекательность их использования.
Однако за высокую удельную энергоемкость приходится платить снижением величины другого важного параметра — т0. Положим, что соленоидальная обмотка на рис. 2 содержит п витков, а ее длина 1 значительно превышает радиус г.
Пусть удельное сопротивление материала обмотки р>0, иона будет нагреваться при зарядке.
Тогда ее индуктивность Ь и сопротивление К легко оценить: Ь= и<) п г «п2 //- К=2л: г п2 р / (/ <3г), а затем определить т0: т0 Ь/К ^ г с! г / (2р).
Для катушки с радиусом 1 м при р= 1.7 ](Г Ом м (техническая медь) будем иметь ти =3 с. За это время начальная амплитуда тока в катушке уменьшится в с раз, и три четверти начальной энергии будет превращено в тепло. Поэтому цикл зарядки такой катушки должен быть коротким, таким, чтобы время зарядки удовлстворяло условию ^ < т0. Очевидно, что мощность источника зарядки должна быть достаточно велика для индуктивного накопителя с теплой резистивной обмоткой. На практике для этих целей используют либо зарядку от преобразователей, питаемых от специальной трансформаторной подстанции, подключенной к ЛЭП, либо электромашинные генераторы ударного действия с маховиками.
В практике физического эксперимента известны примеры использования индуктивных накопителей различного масштаба с запасом энергии от десятков кДж до сотен МДж. Первые часто служат обострителями мощности для емкостных источников тока. Такой прием впервые был использован Мезонье [8] и получил дальнейшее развитие в технике импульсных термоядерных установок [9,10]. Самый крупный импульсный магнитный накопитель в мире был разработан в НИИЭФА и построен в России (ГНЦ ТРИНИТИ) для токамака ТСП с адиабатическим сжатием плазмы. Катушка накопителя — электромагнит тороидального типа, ее эскиз приведен на рис. 4 вместе с фрагментом обмотки токамака ТСП, максимальная величина индукции магнитного поля, в которой на малом радиусе может достигать 20.
Рис. 4 Поперечный разрез индуктивного накопителя ТИН-900 для питания тороидальной обмотки токамака ТСГ1 (Т-14).
Запас энергии в 32 катушках около 900 МДж при максимальном генерируемом токе во вторичной обмотке до 1,8 МА. Характерная величина длительности фронта тока в нагрузкеэлектромагните токамака (проектная) около 30 мс при полной длительности импульса около 0,5 с [11]. Для зарядки такого крупного накопителя используются два генератора переменного тока (модернизированный вариант турбогенератора типа ТКД-200 для электростанции), снабженные дополнительно цилиндрическими маховиками с весом около 100 тн (см. рис.5). Такой накопитель, а точнее импульсный энергокомплекс является уникальным сооружением, и в настоящее время рассматриваются альтернативные варианты его использования. Поскольку резистивные индуктивные накопители в основном используют зарядные устройства на базе электромашин с маховиками, анализ их удельных весовых характеристик и аналогичных характеристик маховиков целесообразно провести по единой схеме.
Генератор ТКД-200 Юм Махоеик.
Мотор для разгона.
Рис. 5 Общий вид одного из 4-х генераторов ТКД-200 с инерционным накопителем.
Удельная энергия для соленоида с поперечным сечением на рис. 2 vh = w V/M, где V и М объем и масса катушки. Если у — удельный вес материала обмотки, то из (1) получим:
W}, =¦ от dr/r [ ет21(2 г dr у}] = ] /2 а/у.
Это выражение имеет общий характер для различных устройств, энегосодержание которых определено выдерживаемыми механическими напряжениями в материале. В частности, рассматривая рис. 2, как вращающийся обод маховика, и полагая, что механические напряжения а, в материале обода обеспечивают центростремительное ускорение при угловой скорости вращения та, получим запасенную на единицу длины маховика кинетическую энергию:
W™, — у (г V /2)Ar 2тгг, с максимальной величиной то, определенной из аналогичного (1) соотношения: аАг< у Дг г (.
Комбинируя два последних выражения с величиной погонного веса обода Р=уАг 2 яг, получим, как и в [7], что с точностью до некоторого коэффициента kf <, отражающего геометрию маховика (наше условие Лг"г — частный случай), Wh = ktaf/ у], где aj и Yi относятся к высокопрочным материалам маховиков. Для легированных сталей CF|/ Yi= 100 кДж/кг. Для электропроводных материалов обмоток накопителей на основе меди величина w на порядок меньше. Для алюминия и его сплавов а/ у.
24 кдж/кг, поэтом}' из него изготавливается большинство катушек магнитных накопителей.
Из приведенных оценок видно, что использование тандема магнитный накопительмашина с маховиком оправдано высокими и соответствующими по порядку величины удельными характеристиками компонентов.
3.2 Схемы индуктивных накопителей и коммутаторы тока.
Собственно индуктивный накопитель энергии является промежуточным звеном в цепи передачи импульса энергии к нагрузке и выполняет обычно две функции — I. усиление мощности импульса- 2. согласование импульсного источника с нагрузкой, причем не только по заданному току и напряжению, но и по КПД использования энергии.
Простейшая схема индуктивного накопителя показана на рис. 6, где в — генератор зарядного тока, 3 — замыкатель нагрузки, а Квыключатель, обеспечивающий переключение тока в нагрузку Ъ. ъ.
Рис. 6 Простейшая схема включения индуктивного накопителя и нагрузки (рельсотрон).
Обычно формирование коротких импульсов тока не требует выключения генератора при выводе энергии в нагрузку ввиду его малого импеданса. Исполнение замыкателя тока может быть различным в зависимости от величины разрядных токов и длительности импульса.
Разновидности их конструкций в достаточной степени отработаны в процессе создания и эксплуатации мощных емкостных накопителей энергии. Используются разрядники различных типов, замыкатели с твердотельной разрушаемой изоляцией, в последнее время применяют удобные в работе, но дорогие и пока менее надежные полупроводниковые тиристоры.
Ключевым элементом схемы является выключатель, прерывающий ток за время тк, меньшее времени тн вывода энергии в нагрузку. Для обострения мощности в к раз индуктивным накопителем на рис. 6 необходимо, чтобы разрядное напряжение на нагрузке в к раз было больше напряжения зарядки накопителя от генератора О. Такое напряжение ин > К)4 возникает на разрыве контактов выключателя, поэтому «гашение» тока и предохранение от пробоя контактного промежутка составляет известную проблему. Быстродействие срабатывания выключателя с одной стороны определяется его конструкцией, а с другой стороны типом и параметрами нагрузки, однако высокий КПД передачи энергии в нагрузку можно получить только при условии тк<< %ц. Это условие имеет фундаментальный смысл для импульсных систем [12], подробный анализ данного вопроса содержится во второй главе работы.
В отличие от нагрузки-электромагнита, где тк = тн и максимальная величина КПД<0,25 [13], в рельсотронном ускорителе на рис. 6 время хк ввода тока определяется начальным индуктивным импедансом канала, а время гн — динамикой ускорения, поэтому условие тк"тц может быть удовлетворено, а КПД теоретически может быть большим. Однако повышение быстродействия выключателя требует усложнения его конструкции, и на практике используются двухи трехступенчатые выключатели с параллельными нормально включенными контактами. Это позволяет при повышении быстродействия выключения тока минимизировать энергию привода, необходимую для быстрого механического перемещения контактов.
Например, в [14] для коммутации токов 10 500 кА использовался двухступенчатый размыкатель с пневмоприводом первой ступени и токопроводящей мембраной во второй ступени, которая разрушалась взрывом детонирующего шнура. В [15] были приведены результаты успешных испытаний выключателя тока с дополнительной третьей ступенью в виде электрически взрывающегося проводника при переключениям токов ~ 100 кА за более короткие времена тк =10−1 с.
Принципиальные проблемы при создании сильноточных выключателей тока магнитных накопителей разрешимы с помощью целого ряда опробованных приемов. Один из них заключается в использовании сменных контактных групп, принудительно разрушаемых с помощью взрывных (или электровзрывных) приводных элементов. Однако разработка конструкции и доводка выключателей под конкретные параметры индуктивного накопителя и импульсной нагрузки это достаточно длительная и дорогостоящая работа. Вместе с тем существует пока неразрешенная проблема работы таких выключателей в частотно-периодическом режиме. Ранее предлагались и опробовались конструкции с периодическим размыканием контактов вращающимся ротором [16]. Для генерации короткой серии импульсов магнитный накопитель можно снабдить системой параллельных коммутаторов, которые полностью перезаряжаются после окончания серии. Прототип такого устройства представлен в [17] и представляет собой универсальный коммутатор, содержащий кассету для 6 (или более) независимо срабатывающих выключателей. Каждый из них снабжен отдельным управляемым замыкателем, осуществляющим присоединение к потенциальной шине. Приводные элементы взрывного типа изготовлены из отрезков детонирующего шнура (содержание ВВ -0,15 кг м~1). Система запуска позволяла управлять как одновременным, так и последовательным стартом выключателей. Проведены испытания при коммутации тока 2,1 МА из накопителя в рельсотрон при напряжении до 5 кВ. В этих опытах была получена кинетическая энергия снаряда =2,5 Мдж, а пробой размыкателя наблюдался при вылете снаряда из канала и зажигании «свободной» дуги на выходе ускорительного канала.
Попытки другими способами обеспечить периодичность работы магнитных накопителей были связаны с использованием промышленных выключателей многоразового действия, например, серийно выпускаемых вакуумных выключателей [18]. Однако такие выключатели не рассчитаны на большие токи, и при этом в схему индуктивного накопителя нужно включать усилитель тока нагрузки.
В практике физического эксперимента нашли применение два типа магнитных накопителей с усилением тока нагрузки: 1. накопители с трансформаторной схемой и 2. секционированные кату шки с умножением тока (по принципу обращенного генератора Маркса). Вариант, показанный на рис. 7 — с вторичной трансформаторной обмоткой.
Здесь прерывание тока осуществляется по первичной цепи, при этом магнитный поток «перехватывается» вторичной понижающей обмоткой. Выключатель прерывает ток в первичной обмотке при повышенном напряжении, определяемом коэффициентом трансформации. К конструкции и исполнению катушки накопителя в данном варианте предъявляются высокие требования по двум причинам. Паразитная индуктивность Ь&bdquo-, соответствующая магнитному потоку рассеяния обмоток является дополнительной нагрузкой для коммутаторов тока, которые должны рассеять при отключении соответствующую дополнительную энергию Д? Р = Ь&bdquo- 12/2. Поэтому геометрия обмоток должна быть оптимизирована, а зазор между обмотками предельно уменьшен. С другой стороны в этом зазоре должна размещаться высоковольтная изоляция, разделяющая потенциалы обмоток. Учитывая значительные ударные электродинамические нагрузки на катушки, которые.
Рис. 7 Индуктивный накопитель с трансформаторным усилением тока возникают при зарядке и выводе энергии, эти требования противоречивы и удовлетворяются при достижении некоторого компромисса. По аналогичной схеме выполнен накопитель ТСП на рис. 4, однако при столь больших размерах катушек (0~ 4 м) влияние зазоров оказалось относительно мало. При выборе этой схемы усиления тока следует учитывать, что весовые характеристики накопителя ухудшаются примерно вдвое из-за добавочной массы намотки. Здесь также необходимо предусмотреть некоторый дополнительный первоначальный запас энергии из-за неполной магнитной связи обмоток. В большинстве случаев величина коэффициента связи не превышает 0,85 и может быть увеличена лишь при использовании специальной технологии чередования намотки первичных и вторичных витков [19].
В схеме рис. 8 усиление тока осуществляется переключением обмоток катушек ЬГЦпосле зарядки из последовательного соединения в параллельное с последующим срабатыванием выключателей К. .
Очевидно, что конструктивно она сложнее, чем трансформаторная, однако использование большого числа коммутирующих модулей делает систему более «гибкой». Здесь можно получить произвольную величину тока в нагрузке Ъ, начиная от величины зарядного тока 10 и до Ы1() в зависимости от числа приводимых в действие модулей. Кроме того, при определенной последовательности их включения есть возможность формировать желаемым образом форму тока в нагрузке, например, в канале рельсотрона или другом электромагнитном устройстве [21]. Ранее автором.
I—I—Г Z.
Рис. 8 Индуктивный накопитель с умножением тока. работы были предложены новые принципиальные решения по эффективному использованию таких схем магнитных накопителей для питания токамаков [12,20 ] и мощных импульсных электромагнитов. Дальнейшее развитие таких систем питания мы будем рассматривать в основном тексте.
4. Взрывомагнитные генераторы токов.
В отличие от рассмотренных выше накопителей энергии, которые являются промежуточным звеном между источником энергии и нагрузкой взрывомагнитный генератор производит электрическую энергию, используя вложенный в него заряд топлива — взрывчатого вещества. Для импульсных источников питания используются два различных типа устройств: 1. Магнитокумулятивный (МК) и 2. Магнитогидродинамический (МГД) взрывные генераторы.
Принцип действия МК-генератора, впервые предложенного А. Д. Сахаровым, заключается в осуществлении быстрой деформации индуктивности с начальным магнитным потоком, в результате которой индуктивность уменьшается, а увеличивающийся ток переключается в цепь нагрузки. В зависимости от импеданса нагрузки начальная индуктивность контура МК-генератора может быть различной. Она определяется исходной геометрией деформируемой обмотки: полосковая линия, коаксиальные проводники или спираль с коаксиальным обратным токопроводом.
Форму деформируемой части контура всегда стремятся выполнить наиболее простой, чтобы избежать его разрывов или развития гидродинамических неустойчивостей в самом проводнике. Последнее часто приводит к появлению поверхностных волн и «захвату» части магнитного потока в зоне схождения проводников. С помощью МК-генераторов можно получать даже очень большие токи с рекордной амплитудой [27] (50 МА не является здесь пределом), поэтому их используют для питания практически всего спектра нагрузок от ускорителей макротел до плазменных пинчей. В настоящее время все чаще используют последовательно размещенные МК генераторы, включенные в последовательную каскадную схему усиления тока.
На рис. 9 приведена типичная схема МК-генератора полоскового типа для рельсотрона. аналогичная той, которая была использованной в работе [28]. Здесь один из электродов полосковой линии выполнен из отожженной меди и залит слоем отвердевшей взрывчатки. Старт МК генератора осуществляется с помощью детонатора, расположенного на конце полосковой линии, противоположном выводам нагрузки. С этой же стороны предварительно подается импульс тока «зарядки» генератора, обеспечивающий начальный магнитный поток.
Рис. 9 ВМГ полоскового типа.
Сразу после старта ввод тока «зарядки» закорачивается. Скорость распространения волны детонации вдоль заряда обычно составляет 5−7 км с" '. Это позволяет привести в соответствие скорость волны схождения полосковой линии, •распространяющейся вдоль генератора, и скорость движения снаряда в рельсотроне. При этом можно обеспечить желаемую форму импульса тока для разгона снаряда. Например, профилирование величины зазора и ширины полосковой линии позволяет получить переменную погонную индуктивность Ьс, генератора, согласованную с режимом разгона снаряда постоянным током. Коэффициент усиления тока генератора по отношению к току, создающему начальный магнитный поток, может превышать 102 а коэффициент усиления энергиинесколько десятков. Для снижения габаритов и энергоемкости источника затравочного тока возможно использование двухкаскадного МК-генератора с предварительной ступенью. Ввиду использования взрывчатки с удельной энергоемкостью более 4 МДж/кг МК-генератор отличается очень высокими удельными параметрами. В [27] приведено значение объемной энергии \- > 2.10^ Дж м, а может быть более 50 кДж/кг при сравнительно простом и технологически доступном устройстве.
Несмотря на ограниченный КПД МК-генератора, который для разных их типов находится в рамках 0,12−0,20 его использование целесообразно и экономически полностью оправдано для ключевых экспериментов с большими энергиями, токами и мощностями. К сожалению, полная уничтожаемость генератора, а зачастую и нагрузки делает невозможным его широкое использование в систематических исследовательских работах. Установка лабораторных взрывозащитных камер на 3 порядка снижает величину параметра, а стоимость изготовления сменных генераторов согласно простым оценкам может сравняется со стоимостью альтернативного генератора уже при числе рабочих импульсов, равном 100. По оценке средняя удельная стоимость генерируемой с помощью МК импульсной электрической энергии составляет ~ 1000 $/ МДж.
Магнитогидродинамические (МГД) генераторы принципиально отличаются от магнитокумулятивных (МК) генераторов тем, что имеют воспроизводимую токовую арматуру, в которой наводится ЭДС при ее движении в магнитном поле. В МГД генераторах роль движущегося проводника исполняет горячий, частично ионизованный газ. Движение его обеспечивается давлением продуктов детонации (или горения) сменного заряда, в тело которого обычно добавлены легкоионизуемые присадки соединений щелочных металлов. Длительность генерируемых импульсов зависит от типа и количества срабатывающего топлива и находится в диапазоне от 10 мке до 3 с. Неразрушаемость МГД генератора обусловлена работой при умеренных магнитных полях, индукция которых не должна превышать 15−20 Тл, однако при этом удельные параметры генератора становятся близки к параметрам лучших емкостных накопителей. Поэтому их применение оправдано в тех случаях, когда по условиям эксплуатации нет возможности использовать стационарные первичные источники энергии для зарядки накопителей, а МГД генераторы приспособлены к работе в режиме самовозбуждения. Это реализовано, например, в крупных МГД машинах для исследований земной коры с помощью электромагнитного зондирования [29]. Исследования лабораторных источников подобного типа ведутся в течение последних 20 лет [30,31]. Однако, как показывают эксперименты и расчеты, при использовании резистивной магнитной системы возбуждения трудно рассчитывать на КПД этих генераторов, превышающий величину 0,03−0,05, а энергия, передаваемая в нагрузку, примерно в 1,5 раза превышает энергию магнитного поля возбуждения [32]. Поэтому по удельным энергетическим показателям вряд ли взрывной МГД генератор может быть лучше, чем индуктивный накопитель, однако он сохраняет такое важное преимущество, как способность к периодической работе при минимальной подготовке к каждому импульсу.
Оригинальная комбинация совмещения МГД генератора с рельсотронным ускорителем была предложена и разрабатывалась в работе [33]. Здесь планировалось совместить канал МГД и канал рельсотрона для организации подпора задней границы магнитного ускоряющего «поршня» скоростным потоком проводящего газа. Известны эксперименты [34] и проекты [35,36,37] взрывных МГД генераторов с неразрушаемой твердотельной арматурой, близких по концепции к МК устройствам. Однако эти машины, в ряду мощных импульсных источников тока еще не заняли определенного места.
5. Электромашины-компульсаторы.
Выше уже отмечалось, что по удельному запасу энергии инерционные накопители обладают высокими показателями. Униполярные генераторы с ротором-маховиком, имеющим простую конфигурацию, привлекательны для использования в качестве первичных источников тока, но при больших токах (~ МА) имеют малое выходное напряжение. Его типичная величина, достигаемая в быстроходных машинах с частотой вращения ротора ~ 5000 об мин обычно не превышает 100−150 В. При необходимости повышения напряжения такие генераторы можно включить в последовательную цепь. Так, например, для импульсного питания тороидальной обмотки токамака ЮМТЕХ в Техасском университете смонтирован блок из 6 униполярных генераторов. Рекордная величина выходного напряжения ~ 450 В достигнута в очень крупном генераторе [38] с энергозапасом 1.
Гдж.
Однако возможность непосредственного питания ускорителей макротел от электромашины была и остается настолько привлекательной, что появились и в течение последних лет интенсивно исследуются роторные генераторы нового типакомпульсаторы. Принцип действия компульсатора аналогичен принципу работы МК генератора, т. е. вытеснение магнитного потока из источника в нагрузку при изменении его геометрии и, соответственно, его индуктивности. Однако здесь работа совершается без деформации проводников с током при изменении взаимного расположения двух обмоток электромашины, расположенных на роторе и статоре как показано на рис. 10.
Высокая мощность машины и передача значительной части энергии при малом угле поворота ротора, а (зависит от числа п полюсов а= л/п) приводит к большим тангенциальным напряжениям в материале магнитопровода. В силу этого компульсатор — более напряженная машина, чем обычный генератор ударного действия. Далее, необходимость синхронизации подачи серии импульсов с нагрузкой обуславливает потребность в импульсном питании обмоток возбуждения и его корреляции с углами поворота ротора. По этим причинам компульсатор того сложнее, а его удельные параметры ниже, чем у других импульсных электромашин. Например, при расчете на один импульс для униполярной машины [38] у=15 кДж кг" 1, а для компульсаторов [39].
Рис. 10 Два характерных положения обмоток в электромашине типа компульсатор у= 0,07−0,2 кДж/кг. Таким образом даже для серии из 10 импульсов энергия, выводимая из компульсатора на порядок ниже.
Тем не менее, это может окупиться отсутствием дополнительного обострителя мощности типа индуктивного накопителя и, что самое главное, способностью к периодической работе без замены каких-либо элементов За достаточно короткое время компульсаторы прошли от стадии макетирования [40,41] на уровне энергии 100 кДж до создания рабочих проектов импульсных устройств питания больших (калибр 0,09 м) ускорителей макротел с кинетической энергией 5−7 МДж [42]. В России проблемы компульсаторов исследовались В. Г. Кучинским в НИТ4ЭФА им. Ефремова [7].
6. Мощные драйверы на основе ГИНов и формирующих линий.
Развитие УТС с «инерциальным» удержанием плазмы стимулировало в 70-х годах приложение значительных усилий к созданию сверхмощных (~10ТВт) импульсных ускорителей заряженных частиц — электронов и ионов, получаемых в плазменных диодах. Ярким примером реализации этой достаточно сложной технологии получения большой мощности является комплекс АНГАРА [7] в ТРИНИТИ (г. Троицк). Импульсные источники электрической энергии здесь построены по схеме последовательного усиления мощности: первый каскад — генератор Аркадьева-Маркса (зарядное напряжение до ЮОкВ), второй — водяная формирующая линия (деионозованная очищенная вода), и третий — вакуумная передающая линия. Восемь модулей установки синхронно разряжаются на плазменный эрозионный обостритель тока, позволяя получать на нагрузке ток величиной 3−4 МА с фронтом нарастания 60−70 не при напряжении свыше 2 МБ. За последние 15 лет произошли кардинальные изменения в идеологии нагрева ТЯ мишени, и сейчас во многих лабораториях мира исследуется микролайнерный способ получения рентгеновского излучения. Это излучение может абляционным способом сжать и нагреть Б-Т мишень, как в лазерном варианте УТС.
Надо отметить, что на этом направлении мощной импульсной энергетики получены впечатляющие результаты. Установка следующего поколения РВРА-2 (Ъ) [6] за счет увеличения числа модулей в настоящее время развивает мощность до ЮОТВт, и есть все основания считать, что следующий новый более мощный вариант такого устройства обеспечит зажигание термоядерной мишени. В США обсуждаемый проект установки с током 20 МА и напряжением 10 MB имеет условное название Х-1, а в России — Байкал. Основная и принципиальная трудность увеличения импульсной энергии — размеры водяной формирующей линии, дстигающие 40−50 м из-за ограничения плотности потока электромагнитной энергии и коммутация электрических цепей. Коммутаторы такого устройства должны иметь время включения меньше, чем длительность импульса. Такие же требования предьявляются к синхронности работы модулей между собой.
7. Другие источники питания.
Дадим короткую характеристику источникам питания других типов, которые могут быть использованы в системах энергоснабжения импульсного физ и чес ко го экс пери ме нта.
7.1 Электрохимические аккумуляторы.
Электрохимические аккумуляторы, подобные тем, что используются в качестве стартерных пусковых источников тока на автомобилях или для питания ходовых электродвигателей подводных лодок и наземного транспорта давно привлекают внимание инженеров-электрофизиков, работающих с большими токами [43]. Они отличаются большим временем хранения энергии и при правильной эксплоатации постоянно готовы к работе, в отличие от электромашины, требующей цикла разгона ротора. Для ряда приложений весьма важным качеством является возможность работы в автономном режиме от первичного энергоисточника и способность к периодической работе. Поэтому неоднократно рассматривалась целесообразность их использования для питания магнитных обострителей мощности [44,45]. В последней работе представлен проект очень большого энергоблока с запасом энергии 500 МДж и ипульсным током до 5 МА. Батарея аккумуляторов BUS (Batteiy Upgraded Supply) предполагает размещение 5.104 кислотно-свинцовых аккумуляторов. Схема их соединений выбрана на основе экспериментов [46] из условия получения максимальных токов. Изучены эксплуатационные характеристики отдельного аккумулятора в условиях 10-кратного превышения тока (до 2,5.10 А/модуль) относительно номинальной рабочей величины и изменение этих характеристик в процессе периодической работы.
Эти низковольтные источники обладают низкими мощностными характеристиками. Даже усовершенствованная конструкция аккумуляторов (технология «PULSAR») [47] позволяет получить удельную мощность не более 1 кВт кг" 1. В этом отношении аккумуляторы проигрывают конденсаторам с «молекулярной» изоляцией практически на порядок величины. Низкая мощность определила значительный диаметр катушки 0>4,6 м индуктивного накопителя в [45] при зарядном напряжении ~ 200 В.
Можно предположить, что аккумуляторы этого типа, обладая большой энергоемкостью w ~ 1 МДж кг 1 (как и другие электрохимические источникитопливные элементы) могут быть эффективны при совместном использовании со сверхпроводящими индуктивными накопителями.
7.2 Криорезистивные и сверхпроводящие индуктивные накопители.
Характеристики индуктивных накопителей энергии могут быть существенно улучшены при охлаждении до температуры -196 °С сжижения азота. Уменьшение активного сопротивления алюминия при этом в 5−7 раз резко снижает требования к мощности зарядного импульса. Работа при температуре жидкого неона или водорода уменьшила бы сопротивление чистого (0,9999) алюминия примерно в 500 раз. Однако следует учесть, что для частотно-периодического режима работы эти оценки не имеют прямого приложения, т.к. время отвода джоулевого тепла от обмотки к хладагенту определяется скоростью тепловой диффузии, т. е. это сравнительно медленный процесс.
Сверхпроводящие магнитные накопители, несмотря на развитую промышленную технологию изготовления намоточных проводов с традиционными материалами (NbTi и Nb Sn) пока не нашли широкого применения в мощной импульсной технике. Эксперименты с быстрым выводом магнитной энергии при сохранении проводимости ограничены скоростью изменения магнитной индукции В<
20 Тл с" 1. Это следствие тепловыделения из-за вихревых токов, наводимых в кабеле намотки, и механических деформаций силовой структуры катушки, которые сопровождаются «трением» (friction). Стоит только надеяться, что разрабатываемые в настоящее время высокотемпературные сверхпроводники окажутся более приемлимыми для питания сильноточных импульсных нагрузок.
8.
Заключение
к введению.
На диаграмме рис. 11 приведены энергетические характеристики импульсных источников тока, которые обсуждались в данном разделе. Использование тех или иных накопителей энергии зависит от конкретного назначения создаваемой физической установки и условий ее эксплоатации.
Рис 11 Сводная диаграмма энергетических характеристик импульсных источников тока, использующих различную технологию.
Вместе с тем необходимо разделить проблемы создания источников энергии для электрофизических установок утилитарного исследовательского характера и перспективных физических комплексов для получения принципиальных физических результатов. Для первой группы установок определяющими являются техникоэкономические аспекты зксплоатации, поэтому они должны аккумулировать оптимальные решения на момент создания.
Эти решения могут быть материализованы в технически совершенные устройства только при соответствующей опытно-конструкторской проработке и вложениг достаточно ограниченных денежных затрат. Вто{ я группа установок требует особого внимания и тщательной оценки возможности получения принципиально новых результатов на базе освоения нового уровня импульсной энергии и электрической мощности.
По первой группе в качестве примера приведем реализованные проекты энергоустановок для питания электромагнитных пушек [25] и [48]. Для каждого из них разрабатывались специальные устройства, узлы и элементная база накопителей, обеспечивающих продвижение вправо (увеличение энергозапаса) по диаграмме рис. 12. Продвижение же по оси ординат не требовалось по простой причине: в других приложениях импульсной техники, в частности, в упомянутых ранее термоядерных исследованиях, потолок оказался достаточно высоким.
Для обеспечения энергопитания при решении задач второй группы ситуация по-видимому должна отличаться. Из рассмотренных на диаграмме импульсных источников энергии увеличение энергозапаса не представляет принципиальной проблемы только для индуктивных накопителей. Вместе с тем задачу увеличения мощности можно решить, используя для магнитных накопителей принцип усиления на последовательных каскадах. Для этого уже созданы все предпосылки в виде аналитического обоснования [50,51] и выполненных проверочных экспериментов по высокоэффективной передаче магнитной энергии [52,53]. Эти пионерские научные исследования автора работы ранее нашли свое практическое развитие в эскизном проекте токамака ТСП-2АС (НИИЭФА, 1986 г.), и в настоящее время реализуются в системе питания мощного магнита для получения поля 100 Тл в Гренобле (Франция) [54]. В последнее время в проектируемой в России супермощной установке Байкал [55] предполагается использовать предложенную автором индуктивную каскадную схему усиления мощности. Задача, которая поставленная в процессе написания данной работы, — обосновать возможность и своевременность шага на пути развития индуктивных накопителей энергии: от систем с большим энергозапасом (100 МДж) -к системам с большой мощностью (>1012Вт).
О содержании диссертации.
Диссертация содержит 317 страниц текста с 173 рисунками и таблицами, состоит из введения, 8-ми глав и заключения.
8.5 Выводы к главе 8.
8.5.1 Рельсотроны большого калибра для невоенных применений должны иметь модульную систему из N"1 источников питания с распределенным вводом энергии по длине ускорительного канала.
8.5.2 Показано, что при распределенном вводе энергии и тока электрическая эффективность системы питания возрастает с числом модулей, по закону г|— 1 -A/N.
8.5.3 Система с распределенным вводом тока обладает свойством умножения ускорительного тока по отношению к величине тока модуля — источника.
8.5.4 При использовании индуктивных накопителей энергии их катушки могут играть роль внешних индукторов магнитного поля канала, увеличивая ускоряющую погонную индуктивность при меньшем токе. Это свойство системы оправдано только в случае больших контактных импедансов якоря и рельса.
8.5.5 Для выключения тока индуктивных накопителей, питающих ускорительный канал рельсотрона предложен МГД механизм автогенерации пузы тока в выключателях.
8.5.6 Для детального моделирования токопереноса в канале рельсотрона с металлическим скользящим контактом с участием автора разработан 3-х мерный код электродинамических и тепловых расчетов, оттестированный на примере рельсотрона с обращенным подводом тока.
8.5.7 Проведенные эксперименты и 3-х мерные расчеты показали хорошее соответствие результатов и объяснили наблюдаемое торможение якоря в канале.
8.5.8 На основе первых результатов расчетов показано, что для получения хороших ускорительных характеристик система с обращенным токоподводом должна быть модернизирована.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В конце каждой главы содержатся подробные выводы, поэтому ниже перечислены основные из них без детальных подробностей, а также сформулированы дополнительные положения, вытекающие из обобщения результатов различных разделов работы:
1. Создан, введен в эксплуатацию индуктивный накопитель ТИН-1 (18 МДж) с 30-ти кратным умножением тока и проведены эксперименты по ускорению лайнера металлических лайнеров на модельной системе (500 м/с) и на метровом ускоряющем узле (250 м/с) с питанием мегаамперным током от ИН ТИН-1.
2. Сформулированы и экспериментально проверены условия оптимального согласования ускоряющей катушки с индуктивным накопителем энергии для получения удовлетворительной эффективности разгона лайнера при ограничении разрядного напряжения системы.
3. На основе полученных экспериментальных результатов аналитически сформулирован новый подход к процессу импульсной передачи магнитной энергии, включающий прямое переключение тока между индуктивностями, как частный случай. Исследован механизм эффективного «управления» потоком электромагнитной энергии, введено понятие «слабодиссипативных» систем передачи.
4. Выполнены успешные эксперименты по эффективной передаче магнитной энергии (15-ти и трехступенчатая передача) и построена общая теория процесса, учитывающая особенности магнитной конфигурации системы передачи и статистический разброс в последовательности срабатывания выключателей тока.
5. Проведен анализ использования слабодиссипативных систем для трех типичных прикладных задач мощной электрофизики: 1. формирование в индуктивности импульса тока с плоской вершиной, 2. получение максимальной амплитуды тока и 3. получение большой мощности разряда. На базе систем слабодиссипативной передачи магнитной энергии предложена новая концепция мощного импульсного генератора тока: каскадный магнитный усилитель мощности. Сформулирован общий подход к решению задачи согласования такого каскада с нагрузкой при учете предъявленных требований к мощности и величине разрядного тока.
6. На базе 32-секционного накопителя ТИН-900 проведен анализ перспективы создания установок: 100 МДж установки ПФ-100, использующей индуктивный каскад с разрядной мощностью ~1012 Вт и установки БАЙКАЛ (суперАНГАРА) Сделаны о цен к. структуры и параметров энергокомплекса, согласованного с камерой установки ПФ-100 и с динамикой разгона плазменной оболочки. Показано, что с помощью токо-плазменной оболочки ПФ в камере фокуса Филипповского типа молено реализовать дополнительный обостритель тока для специальных нагрузок типа излучающий лайнер. При этом ввиду большой плотности тока кумулирующего тока надо решить проблему эрозионной стойкости анода.
7. Проведен большой цикл сравнительных испытаний эрозионной стойкости электродов в электроразрядном устройстве — рельсотроне с током свыше 400 кА. Показано, что специальные материалы типа псевдосплава V-Cu и композитов Си-Мо-ЬаВ6 имеют в 5−6 раз меньший эрозионный износ, чем обычная медь. Экспериментальные измерения динамики движения разряда, численное моделирование ускорения плазменного «поршня» и последующие исследования поверхности электродов позволили установить, что основной механизм износа медных электродов — это распыление пленки расплава вторичными токовыми образованиями в канале ускорителя, не связанными с основным процессом ускорения. В композитных материалах с тугоплавкой основой-решеткой (¥-, Мо) распыление резко затруднено.
8. Рельсотроны большого масштаба должны снабжаться энергией от системы источников тока, подводящих электромагнитную энергию с помощью токоподводов, распределенных по длине ускорительного канала. В этом случае резко возрастает КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую, а при использовании плазменного якоря практически подавлено развитие вторичных токовых структур, ограничивающих предельные скорости разгона. В канале с распределенным вводом энергии, питаемом от системы индуктивных накопителей, проблема коммутации тока может быть решена с помощью формирования «паузы» тока в выключателях. Последнее не требует введения никаких дополнительных устройств и автоматически обеспечивается МГД механизмом, встроенным в систему передачи магнитной энергии.
9. Показано, что при анализе электромагнитного процесса ускорения в рельсотроне канал можно разбить на две зоны. Короткая зона (3−4 калибра канала) перемещающаяся вместе с перемычкой-якорем полностью отвечает за динамику распределения токоъ переноса между электродами. Длинная зона в «вакуумной» части канала не содержит замыкающих токов, но определяет электромагнитную эффективность разгона. В этих предположениях совместно ИПМ им. Келдыша создана первая в России 3-х мерная кодовая программа для расчета электродинамического ускорения. Она оттестирована по результатам проведенных экспериментов, в которых выбрана усложненная схема магнитной конфигурации канала с дополнительным обращенным токоподводом. С помощью численного моделирования найдено объяснение аномального поведения ускоряющей силы, полученного в эксперименте, и распределение тока в стержневом якоре специальной конструкции.
В подавляющем большинстве случаев было принято разделять импульсную электрофизическую систему на две части: источник тока и нагрузку, характеризуя в отдельности параметры каждой из них. Это следует воспринимать как условность, которая, быть может, имеет терминологический смысл, но при которой пренебрегают физикой происходящих в системе процессов. В этом, вероятно, лежит причина периодически возникающих обсуждений об использования плазменного фокуса, как высоковольтного выключателя токов или упоминаемого автором на стр. 66 «парадокса» электротехники. В большинстве случаев устройства мощной импульсной электрофизики — это единая система передачи и преобразования электромагнитной энергии, где один и тот же элемент системы играет различную роль на разных стадиях процесса.
Автор видит свой основной вклад в том, что ему удалось отойти от стандартного сложившегося восприятия импульсного питания электрофизической установки, как электротехнической задачи. Физический анализ процессов транспортировки магнитной энергии, привел к появлению идеологии качественно новых «слабодиссипативных» систем, и каскадных магнитных усилителей, которые, по-видимому, в обозримое время займут соответствующее место среди устройств мощной импульсной энергетики. Не исключена возможность использования полученных результатов по дискретной передаче энергии в других, может быть, «не электрофизических» областях науки и техники, поскольку эти результаты базируются на общефизическом лагранжевом подходе к передаче энергии произвольного вида (г.?.за 3) .
Выполнение экспериментальных исследований, представленных в настоящей работе, оказалось возможным благодаря помощи и поддержке научных коллективов, в составе которых довелось работать автору. Автор выражает благодарность коллективу лаборатории ЛИЭС, где совместно с коллегами создавался индуктивный накопитель ТИН-1, и группе установки Эмма-6. Персональную благодарность автор приносит с.н.с. В. Ф. Левашову за техническую помощь в работах на стенде «Коммутатор», с.н.с. Ю. А. Халимуллину и в.н.с. И. Н. Макашину за большой труд, вложенный в ускорительные эксперименты на рельсотроне .
Многолетняя поддержка, обсуждение различных результатов и новых идей с д.ф.м-н., профессором Э. А. Азизовым и д.т.н. В. Г. Кучинским были для автора незаменимым источником творческих сил, а научное сотрудничество с Т. И. Филипповой, В. И. Краузом (РНЦ «КИ») и д.ф.-м.н М. П. Галаниным (ИМП им М.В.Келдыша) постоянно освещало перспективы практического использования результатов.
Невозможно перечислить всех научных сотрудников, которые в той или иной степени способствовали появлению данного труда. Автору очень жаль, что он лишен возможности поблагодарить безвременно ушедших начальника ОМС д.ф.-м.н Ю. В. Скворцова, которого он считает своим учителем и д.ф.-м.н, заслуженного деятеля науки Н. В. Филиппова, который для автора является ярчайшим примером беззаветного служения науке.
