Устройство для исследования веществ с использованием сильноточного релятивистского электронного пучка

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Щ 4 Н 05 Н 5/О ГО АНИЕ ИЗОБРЕТЕН мидо А.ПетФАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПЪ 9 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(72) С,С. Бацанов, В.А, ДИ,В. Ивкин, А.И, Мартынов Р (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.611- 613, 1979. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИЛЬНОТОЧНОГО РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОН-.г,.80121559 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 воэможностью перемещения внутрь объема для сбора исследуемого вещества.31215597 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 стенки3. 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 возможностей 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, являющейсяанодом диода и полостью для заполнения исследуемым веществом, расчоложена пластина, причем пластинаи инерционная пробка выполнены иэматериала с динамической жесткостьюбольшей, чем у исследуемого вещества. анод - торцовую стенку 7 и выделяетзапасенную в нем энергию. При этомпроисходит тепловой взрыв торцовойстенки 7 и при объемной плотности 5 энергии больше 10 Дж/см и плотностиб1 амощности пучка 10 ВТ/см возникаетимпульс давления в несколько Мбар.Возбужденная ударная волна проходитчерез пластину 8, которая задерживает быстрые электроны пучка, сжимаетисследуемое вещество (расположенноемежду пластиной 8 и инерционной пробкой 9) и попадает в инерционную пробку 9. При этом часть ударной волны 15 отражается от пробки 9 и происходитповторное воздействие импульса давления на исследуемое вещество, чтоувеличивает время воздействия импульса давления, Другая часть удар ной, 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 сбораисследуемого вещества, откуда полученный продукт (из исследуемого ве-щества) извлекают после прекращениядействия электронного пучка. Так как исследуемое вещество расположено за торцовой стенкой (анодом)то такое расположение исследуемоговещества позволяет создавать высокиеударные давления как в электропроводящих, так и в неэлектропроводя- З 5 щих исследуемых веществах (имеющихлюбую структуру и агрегатное состояние) .Время воздействия давления наисследуемое вещество увеличивают 40за счет того, что в ампуле сохранения расположены инерционная пробк 4и по крайней мере одна пластина при) чем динамические жесткости материалов пластины и инерционной пробки выбирают больше динамической жесткости исследуемого вещества. 5 териалов пластины, исследуемого вещества и инерционной пробки соответственно, 10См ф СьСип скорости распространения звука в материалах пластины, исследуемого вещества и инерционной пробки.При выполнении этого условия рас пространяющамся 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 25 пластину и инерционную пробку, что уменьшает время воздействия давления на исследуемое вещество.Оптимальная толщина торцовой стенки (анода) равна средней длине сво- З 0 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 тол О щине стенки (анода) электроны тормозятся в некоторой начальной части торцовой стенки, равной длине свободного пробега электронов. Образую дщаяся 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 были проведены испытания в режиме:Ток пучка - 1 О А5Энергия электронов - 0 35 МэвфДлительность импульса тока 10 с Плотность мощности пучка - 10 Вт/смТолщина торцовой стенки ампулы сохранения составляла 0,5 мм, материал - алюминий. Пластина 8 выполнена из меди толщиюй 0,2 мм. Исследуемое вещество - нитрид бора в виде порошка, толщина слоя - 1,5 мм. Инер. ционная пробка толщиной - 3 мм, материал - медь. Толщина гробки выбирается из условия:о = СТ, где С - 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. За 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.,Коррект каз 526 исное 3035,зводственно-полиграфи кое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Тира Государственного елам изобретений осква, Ж, Рауш