User:Dashpool

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Contents 1 About this Wikipedian 2 Attempt of translation of (French) Magneto-Explosive Generator page 3 History 4 Principles of Function 4.1 Elementary description of flux compression 5 The various types of generators 5.1 Hollow tube generators 5.2 Générateurs hélicoïdaux 5.3 Générateurs à disques 6 Notes et références 7 Voir aussi 7.1 Liens internes 7.2 Liens externes

[edit] About this Wikipedian

I am a PhD qualified plasma physicist.

[edit] Attempt of translation of (French) Magneto-Explosive Generator page

Magneto-Explosive generators generate high power electrical pulses by compressing magnetic flux using explosives.

The first work on these generators conducted by the VNIIEF centre for nuclear research in Sarov at the beginning of the 1950's, and then, independently, by LANL in the USA.

[edit] History

At the start of the 1950's, the need for very short and powerful electrical pulses became evident to Soviet scientists conducting nuclear fusion research. At that point in time, the Marx generator, which stores energy in capacitors, was the only device capable of producing such high power pulses. The prohibitive cost of the capacitors required to obtain the desired power motivated the search for a more economical device. The first Magneto-explosive generators, which followed from the ideas of Andreï Sakharov, were designed to fill this role.

[edit] Principles of Function

In the following text, we will use terms like 'compression' or 'confinement' of the magnetic field. Because of the similarity between certain properties of gases and magnetic fields, the conventional use of these terms can be extended by analogy to magnetic fields. ^[1].

Magneto-explosive generator use a technique called 'magentic flux compression', which will be described in detail later. The technique is made possible when the timescales over which the device operates are sufficiently brief that resistive current loss is negligible, and the magnetic flux on any surface surrounded by a conductor (copper wire, for example) remains constant, even though the size and shape of the surface may change.

This flux conservation can be demonstrated from Maxwell's equations. The most intuitive explanation of this conservation of enclosed flux follows from the principle that any change in an electromagnetic system provokes an effect in order to oppose the change. For this reason, reducing the area of the surface enclosed by a conductor, which would reduce the magnetic flux, results in the induction of current in the electrical conductor, which tends to return the enclosed flux to its original value. In magneto-explosive generators, this phenomenon is obtained by various techniques which depend on powerful explosives. ^[2].

The compression process allows the chemical energy of the explosives to be (partially) transformed into electrical energy, using the magnetic flux as an intermediary agent of energy storage. (Note that I didn't like the catalyser argument: the magnetic field is highly dynamic, even if the flux is conserved, unlike most chemical catalysts, which act mostly just to bring together the reactants in the correct configuration. A closer chemical analysis woudl be something like electron transport in photosynthesis, perhaps, but that really doesn't add anything useful to the discussion).

[edit] Elementary description of flux compression

An external magnetic field (blue lines) thread a closed ring made of a perfect conductor (with zero resistivity). The nine field lines represent the magnetic flux threading the ring.

After the ring's diameter is reduced, the magnetic flux threading the ring, represented by five field lines, is reduced by the same ratio as the area of the ring. The variation of the magnetic flux induces a current in the ring (red arrows), which in turn creates a new magnetic field, so that the total flux in the interior of the ring is maintained (four green field lines added to the five blue lines give the original nine field lines).

By adding together the external magnetic field and the induced field, the final configuration after compression can be obtained; the total magnetic flux through the ring has been conserved (even though the distribution of the magnetic flux has been modified), and a current has been created in the conductive ring.

[edit] The various types of generators

The simple basic principle of flux compression can be applied in a variety of different ways. Soviet scientists at VNIIEF, poineers in this domain, conceived successively of three different types of generators^[3]

• In the first type of generator (MK-1, 1951) developed by Robert Lyudaev, the magnetic flux produced by a wound conductor is confined to the interior of a hollow metallic tube surrounded by explosives, and submitted to a violent compression when the explosives are fired; a device of the same type was developed in the USA a dozen years later by C.M. (Max) Folwer's team at LANL;
• The next type of generator (MK-2, 1952), the magnetic flux, confined between the windings of the external conductor and a central conductive tube filled with explosive, is compressed by the conical 'piston' created by the deformation of the central tube as the detonation wave travels across the device.

• A third type of generator (DEMG), developed by Vladimir Chernyshev, is cylindrical, and contains a stack of concave metallic disks, facing each other in pairs, to create hollow modules (with the number varying according to the desired power), and separated by explosives; each modules functions as an independent generator.

Such generators can, if necessary, be utilised independently, or even assembled in a chain of succesive stages: the energy produced by each generator is transferred to the next, which amplifies the pulse, and so on. For example, it is forseen that the DEMG generator will be supplied by a MK-2 type generator.

[edit] Hollow tube generators

In the spring of 1952, R.Z. Lyudaev, E.A. Feoktistova, G.A. Tsyrkov, and A.A. Chvileva undertook the first experiment with this type of generator, with the goal of obtaining a very high magnetic field.

The MK-1 generator functions as follows :

• A longitudinal magnetic field in produced inside a hollow mettallic conductor, by discharging

a bank of capacitors into the solenoid that surrounds the cylinder (to ensure a rapid penetration of the field in the cylinder, there is a slot in the cylinder, which closes rapidly as the cylinder deforms;

• The explosive charge placed around the tube is detonated in a manner that ensures that

the compression of the cylinder commences when the current through the solenoid is at its maximum;

• The convergant cylindrical shockwave unleashed by the explosion produces a rapid contraction

(greater than 1 km/s) of the central cylinder, compressing the magnetic field, and creating an inductive current, as per the explanation above (the speed of contraction permits, to first approximation, the neglect of Joule losses and the consideration of the cylinder as a perfect conductor).

The first experiments were able to attain magnetic fields of millions of gauss , given an initial field of 30 kG.

[edit] Générateurs hélicoïdaux

Les générateurs hélicoïdaux ont été principalement conçus pour délivrer un courant intense dans une charge située à distance de sécurité. Ils sont fréquemment utilisés comme premier étage dans un système de génération multi-étages, le courant de sortie étant utilisé pour créer un champ magnétique très intense dans un deuxième générateur.

Le fonctionnement d'un générateur MK-2 est le suivant :

• Un champ magnétique longitudinal est produit entre un cylindre métallique conducteur et un solénoïde entourant celui-ci, en déchargeant une batterie de condensateurs dans le solénoïde;
• Après mise à feu, une onde de détonation se propage dans la charge explosive placée à l’intérieur du tube métallique central (de gauche à droite sur la figure);
• Sous l'effet de la pression de l'onde de détonation, le tube se déforme et devient un cône dont le point de contact avec l’enroulement décrit une hélice, diminuant ainsi le nombre de spires non court-circuitées, ce qui comprime le flux magnétique et crée un courant induit;
• Au maximum de la compression du flux magnétique, le commutateur de charge (load switch) est ouvert, ce qui délivre alors le courant maximum à la charge.

Le générateur MK-2 est particulièrement intéressant pour la production de courants intenses, jusqu'à 10⁸ A, ainsi que de champs magnétiques à très haute énergie, une proportion allant jusqu'à 20 % de l'énergie d'explosion pouvant en effet être convertie en énergie magnétique, et ce pour des valeurs de champ relativement élevées, pouvant atteindre 2 × 10⁶ Oe.

La réalisation pratique de systèmes MK-2 à performances élevées a nécessité des études approfondies effectuées par une équipe importante; celles-ci étaient pratiquement achevées en 1956, le premier générateur MK-2 ayant été réalisé en 1952, et des courants allant jusqu’à 100 millions d’ampères ayant été obtenus dès 1953.

[edit] Générateurs à disques

Le fonctionnement d'un générateur DEMG est le suivant :

• Des disques métalliques conducteurs, assemblés par paires de façon à constituer des modules creux ayant la forme d'un tore aplati en périphérie, et séparés les uns des autres par des explosifs, sont alignés à l'intérieur d'un cylindre selon son axe^[4]; le nombre de modules peut varier en fonction de la puissance désirée (la figure représente un dispositif à 15 modules), ainsi que le rayon des disques (de l'ordre de 20 à 40 cm);
• Le dispositif est alimenté par un générateur de type MK-2 situé en amont, ce qui crée un champ magnétique intense à l'intérieur de chacun des modules;
• Lors de la mise à feu, l'explosion débute sur l'axe et se propage radialement, de manière centrifuge, en propulsant et déformant les protubérances discoïdales de section triangulaire, situées originellement au voisinage de l'axe, qui jouent dans chaque module le rôle d'un piston;
• Au fur et à mesure de la progression de l'explosion, le flux magnétique est compressé à l'intérieur de chacun des modules par ce piston conducteur et par le rapprochement simultané des parois, créant ainsi un courant induit;
• Lorsque le courant induit atteint son maximum, le fusible (fuse opening switch) fond et, simultanément, le commutateur de charge (load switch) se referme, ce qui permet au courant d'être délivré à la charge (le mode de déclenchement du commutateur de charge n'est pas explicité dans la documentation disponible).

Des systèmes utilisant jusqu'à 25 modules ont été développés au VNIIEF. Des puissances de 100 MJ à 256 MA ont été produites par un générateur d'un mètre de diamètre composé de 3 modules.

[edit] Notes et références

1. ^ Various uses of this similarity can be found in this article by J.-P. Petit.
2. ^ Other techniques exist which do not depend on explosives. Notably, see  : Flux compression scheme used at the Gramat centre of study, in doctoral thesis, Mathias Bavay, 8 july 2002
3. ^ A description is provided in this document from LANL and, for the first two types, in the Scientific publications of A.D. Sakharov, with the corresponding chapters accessible here.
4. ^ Dans la pratique, chacun des éléments préfabriqués, destinés à être assemblés dans le cylindre, correspond à un dispositif explosif entouré de deux disques, ce qui explique que l'alignement se termine par un demi module creux à chaque extrémité.

[edit] Voir aussi

[edit] Liens internes

• Hautes puissances pulsées
• Générateur de Marx
• Andreï Sakharov
• VNIIEF
• Laboratoire national de Los Alamos

[edit] Liens externes

• (French) Thèse de Mathias Bavay (8 juillet 2002)
• (French) Article de Jean-Pierre Petit sur la génération par compression de flux
• (French) Présentation des travaux d'Andreï Sakharov sur la génération magnéto-explosive
• This article was copied from the English Wikipedia article. Scientific Collaborations Between Los Alamos and Arzamas-16 Using Explosive-Driven Flux Compression Generators
• This article was copied from the English Wikipedia article. An Introduction to Explosive Magnetic Flux Compression Generators
• This article was copied from the English Wikipedia article. Generation of Ultra-High Magnetic Fields for AGEX (LANL)
• This article was copied from the English Wikipedia article. Superpower explosive magnetic energy sources (V.K. Chernyshev, VNIIEF)
• This article was copied from the English Wikipedia article. The Question of Pure Fusion Explosions Under the CTBT
• This article was copied from the English Wikipedia article. High-Strain-Rate Experiments to Determine the Dynamic Yield Strength of Copper
• This article was copied from the English Wikipedia article. Magnetized target fusion - an ultra high energy approach in a unexplored parameter space

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Catégorie:Électrotechnique Catégorie:Physiqueen:Explosively pumped flux compression generator