Устройство для исследования веществ с использованием сильноточного релятивистского электронного пучка

 

СВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ 121559 щ4 Н 05 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6Риг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ (21) 3712656/24-21 (22) 20..03 .84 (46) 30.09.86. Бюл.В 36 (72) С.С. Бацанов, В.А. Демидов, И.В. Ивкин, А.И. Мартынов и В.А.Петров (53) 621.384.6(088.8) (56) Демидов Б.А. и др. Возбуждение ударных волн в толстых мишенях сильноточным РЭП. ЖТФ, 50, вып. 10, с.2205-2208, 1980.

Бацанов С.С. и др. Использование сильноточного РЭП для осуществления структурных и химических превращений. Письма в ЖЭТФ, 30, вып.9, с.6116t3, 1979. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИЛЬНОТОЧНОГО РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОН-.

НОГО ПУЧКА, содержащее высоковольтный вакуумный диод, включающий катодный и анодный узлы, о т.л и ч а ющ е е с я тем, что, е целью расширения технологических возможностей за счет расширения диапазона исследуемых веществ, анодный узел выполнен в виде герметичной камеры из двух частей, одна из которых представляет собой полый объем для сбора исследуемого вещества,а другая выполнена с торцовой проводящей стенкой — анодом, к которой с внутренней стороны последовательно прилегают полость для заполнения исследуемым веществом и инерционная пробка, обладающие возможностью перемещения внутрь объема для сбора исследуемого вещества.

1215597

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что торцовая стенка камеры, являющаяся анодом диода, выполнена с толщиной, равной длине пробега электронов в материале стенки..

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что между торИзобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для исследования поведения веществ при высоких давлениях и температурах.

Целью изобретения. является рас.ширение технологических возможнос тей за счет расширения диапазона исследуемых веществ и увеличения времени воздействия давления на исследуемое вещество.

На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 — конструкция гер метичноо камеры анодной части.

Устройство содержит генератор 1

: импульсов напряжения, который соединен с формирующей линией 2, к которой подключен высоковольтный вакуумный диод 3, содержащий катодный . узел 4 и анодный узел 5. Анодный узел содержит герметичную камеру 6.

Торцовая стенка 7 камеры является анодом. За торцовой стенкой 7 расположена пластина 8, за ней последовательно расположена инерционная пробка

9 и объем 10 для сбора исследуемого вещества.

Устройство работает следующим образом.

С помощью генератора 1 импульсного напряжения заряжают формирующую линию 2, которая формирует малый по длительности импульс высокого напряжения, поступающий в высоковольтный диод 3. Импульс напряжения приводит к появлению напряженности электрического поля между катодным узлом

4 и анодным узлом 5 ускорителя, в результате чего с катода (расположенного в катодном узле 4) эмиттируется электронный пучок, попадающий на . цовой стенкой камеры, являющейся анодом диода и полостью для заполнения исследуемым веществом, расположена пластина, причем пластина и инерционная пробка выполнены иэ материала с динамической жесткостью большей, чем у исследуемого вещества. анод — торцовую стенку 7 и выделяет запасенную в нем энергию. При этом происходит тепловой взрыв торцовой стенки 7 и при объемной плотности

5 энергии больше 10 Дж/см и плотности б

1 а а мощности пучка 10 ВТ/см возникает импульс давления в несколько Ибар.

Возбужденная ударная волна проходитчерез пластину 8, которая задерживает быстрые электроны пучка, сжимает исследуемое вещество (расположенное между пластиной 8 и инерционной пробкой 9) и попадает в инерционную пробку 9. При этом часть ударной волны отражается от пробки 9 и происходит повторное воздействие импульса давления на исследуемое вещество, что увеличивает время воздействия импульса давления, Другая часть ударной, волны доходит до конца. пробки 9, после чего в обратную сторону начинает распространяться волна разряжения. Пробка 9 с исследуемым веществом попадает в объем 10 для сбора исследуемого вещества, откуда полученный продукт (из исследуемого ве- щества) извлекают после прекращения действия электронного пучка.

Так как исследуемое вещество расО положено за торцовой стенкой (анодом) то такое расположение исследуемого вещества позволяет создавать высокие ударные давления как в электропроводящих, так и в неэлектропроводя-

З5 щих исследуемых веществах (имеющих любую структуру и агрегатное состояние) .

Время воздействия давления на исследуемое вещество увеличивают

40 за счет того, что в ампуле сохранения расположены инерционная пробк4

1215597

25 и по крайней мере одна пластина при7 чем динамические жесткости материалов пластины и инерционной пробки выбирают больше динамической жесткости исследуемоro вещества. 5 териалов пластины, исследуемого вещества и инерционной пробки соответственно, !О

С„„, С, С„„— скорости распространения звука в материалах пластины, исследуемого вещества и инерционной пробки.

При выполнении этого условия рас- 15 пространяющаяся по исследуемому веществу ударная волна отражается от инерционной пробки и вновь распространяется по исследуемому веществу, что приводит к увеличению времени 20 воздействия. При условии, когда динамическая жесткость пластины и инер. ционной пробки меньше динамической жесткости у исследуемого вещества, то ударная волна проходит сквозь пластину и инерционную пробку, что уменьшает время воздействия давления на исследуемое вещество.

Оптимальная толщина торцовой стенки (анода) равна средней длине сво- ЗО бодного пробега электронов пучка в материале торцовой стенки. В этом случае основная часть электронов тормозится в этом материале, выделяя запасенную пучком энергию, что приводит к тепловому взрыву данного слоя. Тепловой взрыв возбуждает ударную волну, которая, распространяясь, достигает исследуемого вещества и сжимает его. При большей толщине стенки (анода) электроны тормозятся в некоторой начальной части торцовой стенки, равной длине свободного пробега электронов. Образующаяся ударная волна проходит большее 45 расстояние до исследуемого вещества, вследствие чего из-за эффекта затухания давление на ее фронте будет уменьшено. При толщине слоя меньше оптимального значительная доля электронов может достигнуть исследуемого вещества и вызвать не всегда желательный предварительный нагрев вещества.

На предлагаемом устройстве быпи проведены испытания в режиме:

Ток пучка 1О А

Энергия электронов — 0 35 Мэв

°

Длительность импульса тока 10 с

Плотность мощности пучка—

10 Вт/см

Толщина торцовой стенки ампулы сохранения составляла 0,5 мм, материал — алюминий. Пластина 8 выполнена из меди толщи юй 0,2 мм. Исследуемое вещество — нитрид бора в виде порошка, толщина слоя — 1,5 мм. Инерционная пробка толщиной — 3 мм, материал — медь. Толщина гробки выбирается из условия:О С„„7, где C„„— скорость распространения звука в материале инерционной пробки, — дл-тельность импульса ускорителя.

С помощью этого устройства, если убрать пластину и инерционную пробку, а торцовую стенку выполнить с толщиной до 0,05 мм (чтобы проходили электроны пучка), можно подвернуть исследуемое вещество воздействию высоких температур и получить карбиды.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет расширить свои функциональные воэможности за счет расширения диапазона исследуемых веществ. В предложенном устройстве, заменяя ампулу сохранения, можно подвергать импульсному сжатию до нескольких Мбар как электропроводящие, так и неэлектропроводящие вещества. 3а счет увеличения времени воздействия давления на исследуемое вещество и за счет использования чистого исследуемого вещества без добавления электропроводящих веществ увеличивается выход получаемого продукта в 1,5 раза по сравнению с прототипом. Незначительные переделки при переходе с одного исследуемого ве- щества на другое снижают затраты на исследовательские работы.

1215597 .

Составитель Ю. Терешкин

Редактор Л. Лошкарева Техред М.Маргеитал .Корректор M. Шароши

Заказ 5268/2 Тирам 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4