Источник сильноточного релятивистского сфокусированного электронного пучка на основе плазмонаполненного диода
Номер гранта: | 13-08-00109 |
Область научного знания: | фундаментальные основы инженерных наук |
Тип конкурса: | («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты |
Год выполнения: | 2013г. |
Руководитель: | А.М. Ефремов А.А. Жерлицын Б.М. Ковальчук и др. |
Статус заявки: | поддержана |
Аннотация к заявке:
Интерес к плазмонаполненным диодам обусловлен в первую очередь их низким импедансом (единицы Ом), что позволяет на один–два порядка увеличить мощность пучка при заданном напряжении в сравнении с вакуумными диодами и использовать в качестве питающего источника низкоомные генераторы. Плазма диода нейтрализует собственное электромагнитное поле пучка и обеспечивает его прохождение и фокусировку на аноде. Другой особенностью плазмонаполненного диода является возможность его использования в качестве прерывателя тока, увеличивая выходную мощность питающего генератора. Названные достоинства делают плазмонаполненный диод перспективным источником сильноточного релятивистского сфокусированного электронного пучка. Электронный пучок диода может быть использован для реализации высоких плотностей энергии и мощности на аноде, возбуждения ударных волн и получения высоких давлений, а также генерации мощного рентгеновского излучения.
Техника линейных импульсных трансформаторов дает возможность напрямую запитывать плазмонаполненный диод с временем нарастания тока 150 нс без использования промежуточных накопительных линий, заполненных жидким диэлектриком. В результате достигается существенное упрощение конструкции, снижении габаритов и стоимости электронного ускорителя. Так в ИСЭ СО РАН в рамках проекта РФФИ 11-08-00501-а создан компактный источник электронного пучка на основе плазмонаполненного диода и линейного импульсного трансформатора. Плазмонаполненный диод с единичным плазменным каналом малого диаметра ~1 см обеспечивал протекание тока в низкоомной фазе 100 кА с временем нарастания 150 нс и генерацию электронного пучка с энергией 1 МэВ и пиковой мощностью 100 ГВт. Удельная мощность выделения энергии на аноде составила >10 ГВт/см2. За счет использования плазмонаполненного диода выходное напряжение и мощность трансформатора увеличились в 2.5 раза в сравнении с режимом разряда на согласованную нагрузку.
Схема построения линейного трансформатора позволяет на основе отработанной элементной базы дальнейшее наращивание запасаемой энергии с пропорциональным увеличением мощности вывода энергии из емкостных накопителей. Вопросы, связанные с увеличением мощности и энергии электронного пучка плазмонаполненного диода при увеличении энергии и мощности питающего генератора, требуют исследований. Целью данного проекта является исследование возможности увеличение мощности и энергиии пучка плазмонаполненного диода, как за счет увеличения тока диода свыше 100 кА, так и за счет увеличения напряжения на диоде свыше 1 МВ при сохранении диаметра пучка 1 см. В процессе работы основное внимание будет уделено решению фундаментальных электрофизических задач, таких как формирования в диоде низкоомного разряда (<0.1 Ом) с плотностью тока >100 кА/см2, длительностью 150 нс и последующей генерации остросфокусированного мощного электронного пучка с энергией электронов >2 МэВ.