電磁內爆

電磁內爆(電磁驅動內爆,Electromagnetically Driven Implosion),是利用(軸向)大電流與其自身磁場相互作用使負載向軸線內聚運動,實現電磁能向物體運動動能轉換的一種技術[1]。根據內爆負載的不同,電磁內爆技術可分為固體套筒內爆和電漿內爆兩大類,此處的電磁內爆特指前者,後者又被稱為Z箍縮(Z-Pinch),以產生高溫高密電漿和強X射線輻射著稱。 電磁內爆技術目前主要套用於:慣性約束聚變研究、材料特性研究、界面不穩定性研究等。電磁驅動並非是實現內爆的唯一手段,炸藥爆轟驅動、強雷射驅動都是常見的內爆實現技術。但是電磁內爆技術因其諸多優勢而受到特別的關注。

電磁內爆技術的研究早於二十世紀七十年代,始於美國和前蘇聯,他們的研究各具特色。隨後英國、法國和中國的研究小組加入到此項技術研究中 。

從研究特色來說,美國主要發展以電容器組和小型爆炸磁壓縮發生器為能源的研究裝置,而前蘇聯則以大型的圓盤發生器為主攻方向。就研究性質而言,以電容器組為能源的電磁內爆裝置可重複開展工作,使用具有多次性。這對於研究工作中的關鍵技術探索有著非常重要的意義,有利於脈衝功率技術的研究與發展。圓盤發生器屬於一次性使用裝置,實驗成本高,比較適合判斷性工作 。

20世紀80年代初開始,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室相繼組建了多個電磁內爆裝置,以ATLAS裝置最為典型,儲能23MJ、放電電流約30MA、電流上升時間約5us,其驅動套筒質量達55g,空腔體積達360cm,內爆速度達12km/s。該裝置在獲取溫度高至能使材料電離的條件下進行大空腔流體動力學實驗方面有著獨一無二的優勢。根據美國特殊研究的需要,該裝置已移至內華達場地。與此同時,美國Phillips實驗室也開始了名為Shiva的電磁內爆計畫,Shiva-Star儲能9.5MJ,載入電流14MA,固體套筒內爆速度達10km/s。二十一世紀初,美國聖地亞國家實驗室也加入了固體套筒內爆實驗研究的行列,主要是為了推動磁化套筒慣性聚變(Magnetized Liner Inertial Fusion)研究。20世紀80年代前期,前蘇聯也有相應的研究計畫,庫爾恰托夫研究所的Angara-5裝置代表了當時的最高水平。中國工程物理研究院流體物理研究所在20世紀90年代中期建立了儲能1MJ的電磁內爆裝置“FP-1”,載入電流可達4MA,該裝置適用於電磁內爆原理性實驗。21世紀10年代,流體物理研究所建立了目前國內最大的脈衝功率裝置“聚龍一號”,極大地提升了開展電磁內爆的實驗能力 。

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