PDF《真空及空气中金属丝电爆炸特性研究 王坤 史宗谦 石元杰 赵志...》

真空及空气中金属丝电爆炸特性研究 王坤 史宗谦 石元杰 赵志刚 张董 Characteristics of electrical explosion of single wire in a vacuum and in the air Wang Kun Shi Zong-Qian Shi Yuan-Jie Zhao Zhi-Gang Zhang Dong 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 66,

185203 (2017) DOI: 10.

7498/aps.66.185203 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.185203 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2017/V66/I18 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 真空中铝单丝电爆炸的实验研究 Experimental investigation on the electrical explosion of single aluminum wire in vacuum 物理学报.2016, 65(1):

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225206 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.225206 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 66, No.

18 (2017)

185203 真空及空气中金属丝电爆炸特性研究? 王坤1) 史宗谦2)? 石元杰2) 赵志刚1) 张董1) 1)(河北工业大学, 河北省电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室, 天津 300130) 2)(西安交通大学, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049) (

2017 年5月3日收到;

2017 年6月24 日收到修改稿 ) 开展了铝丝在真空和空气环境中的电爆炸特性研究. 从金属丝电爆炸的电压、 电流波形得到了金属丝 内的沉积能量, 并基于以上电参数特征分析了电爆炸产物的状态, 获得了空气中铝丝电爆炸电流暂停时间 随初级储能电容充电电压的变化规律. 真空和空气中铝丝电爆炸在电压击穿时刻的沉积能量分别为 2.8 和6eV/atom. 采用波长为

532 nm、 亚纳秒激光探针对金属丝电爆炸物理过程开展了高时空分辨率的阴影和纹 影诊断. 阴影图像清晰地展示了不同气氛环境中高密度电爆炸产物的膨胀过程, 根据光学诊断图像分析了高 密度丝核沉积能量的结构和空气中铝丝电爆炸产生的激波的膨胀轨迹. 真空和空气环境中高密度电爆炸产物 的平均膨胀速度分别为 1.9 和3km/s. 基于实验数据和输运参数模型, 估算了金属丝在电压击穿时刻的温度. 关键词: 金属丝电爆炸, Z箍缩, 核冕结构, 光学诊断 PACS: 52.80.Qj, 52.70.Kz DOI: 10.7498/aps.66.185203

1 引言金属丝电爆炸在纳米颗粒制备 [1] 、 材料性质研 究[2] 、 化石能源开采 [3] 以及丝阵Z箍缩 [4] 等领域有 重要的应用. 单丝电爆炸阶段为丝阵Z箍缩烧蚀等 后续物理过程提供了初始条件, 对内爆质量和X 射 线产额有重要甚至决定性的影响 [5] . 丝阵 Z箍缩以 其超强的 X 射线辐射功率被认为是一种实现惯性 约束聚变能源非常有竞争力的技术途径, 而这极大 地促进了金属丝电爆炸的研究. 初看起来, 金属丝对脉冲电流的响应是十分简 单的, 然而金属丝电爆炸的物理过程非常复杂. 金 属丝在强烈的焦耳加热作用下发生熔化、 蒸发, 电 爆炸产物很快发展成为非线性磁流体力学性态 [6] , 伴随此过程的电离和辐射也增加了其复杂程度. 金 属丝经历了从固态、 液态、 气态到等离子体态的剧 烈的相变过程, 最终形成了低密度、 高温度的冕层 等离子体包围低温度、 稠密丝核的核冕结构. 随着 冕层等离子体的快速膨胀, 几乎全部的电流从丝核 迅速地转移到冕层等离子体通道内 [7] . 此后, 能量 主要沉积在冕层中, 金属丝的阻性加热阶段结束. 金属丝电爆炸形成的核冕结构成为阻碍金属丝内 能量进一步沉积的屏障. 人们研究了各种因素对金 属丝内沉积能量的影响. 例如, 电流上升率 [8] 、 脉冲 电流极性 [9] 、 镀膜 [10,11] 、 焊接 [12] 、 预热除气 [13] 等 因素. 值得指出的是, 清华大学邹晓兵等 [14] 在电 极与金属丝之间植入闪络开关实现了完全气化钨 丝电爆炸, 这拓宽了提高金属丝内沉积能量的研究 思路. 目前, 通过采取多种有利于能量沉积的措施, 可有效地抑制核冕结构的形成, 易熔和难熔材料的 金属丝都实现了均匀气化 [15] . 金属蒸气、 表面杂质 以及吸附气体的电压击穿是形成核冕结构的关键 因素. 金属丝表面镀膜或者将金属丝置于水、 空气 等环境中, 能够延缓电压击穿过程, 使得更多的能 量沉积在金属丝内. 在不同环境中, 金属丝电爆炸 产物的形态及行为特征存在较大的差异. 因此, 研 究不同气氛环境中金属丝电爆炸, 对于深入理解单 ? 国家自然科学基金 (批准号: 51322706, 51237006, 51325705) 和河北省高等学校青年拔尖人才 (批准号: BJ2017038) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?