等离子体微小空间碎片加速器初步实验结果.ppt
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1、等离子体微小空间碎片 加速器初步实验结果,杨宣宗,冯春华,王龙 (中科院物理研究所) 韩建伟,黄建国,张振龙,李小银,陈赵峰,全荣辉 (中科院空间科学与应用中心) 孙远程,何平 (北京机电研究所),内容,引言 工作原理 实验装置 诊断测量 初步实验结果 结论与后续工作设想,(1)引言,2004年4月11日公布 的数据,地球上总 共有9494个直径在10 厘米以上的碎片被列 为监控目标,这数字 以每年200个的速度 在扩容。 10厘米以下的空间碎 片超过4000万,总重 量达几百万公斤。,空间碎片实验室模拟方法, 空间碎片尺寸分为微米级, 毫米级,厘米级,米级。 不同尺寸的空间碎片对航 天器所造
2、成的危害方式、程 度及对策、研究手段也各异。 毫米级以下的碎片构成微小 空间碎片。 国内已建成毫米级碎片的二 级轻气炮和微米级激光驱动 微小碎片装置(片状)。,国内、外等离子体动力加速器,德国慕尼黑技术大学空间研究所(LRT), 1970 日本东京技术大学材料工程实验室(TIT), 1980 美国奥本大学空间研究所(HYPER), 1999 中国科学院空间科学与应用研究中心 空间碎片撞击模拟装置(SPIF),2004,(2) 工作原理,组成:脉冲功率源、等离子体加速器、漂移管道、靶室 电容器充电 - 氦气充入 - 开关导通 - 气体击穿 - 电流壳层 加速 - 等离子体聚焦 - 等离子体压缩
3、- 颗粒喷射-撞击样品,(3)实验装置,装置参数,脉冲功率源,组成: 储能电容器组 电容换流准恒流充电系统 大容量场畸开关 电缆成形触发脉冲 平行板传输系统,电容器组、起动开关,32台MCF-16F/30kV/50nH脉冲电容器分成八组, 4个电容器与1个场畸变开关组成一个放电单元。,同步触发脉冲系统,触发单元 电缆脉冲成形 HV = + 40 kV VAB = - 80 kV/200 ns 20米 SYV-75-12电缆,平行板传输,每四台电容器采用传输板连接,其电感为8.6nH 八个放电单元采用集电板连接,其电感22.6nH 放电回路电感构成:电容器(50 nH / 32)+ 传输板(8.
4、6 nH / 8)+ 开关(220 nH / 8)+ 集电板(22.6 nH/ 2)+ 同轴枪(53 nH)+ 压缩线圈(150 nH)= 244.5 nH,等离子体加速器,组成: 同轴枪 脉冲电磁充气阀 压缩线圈 喷嘴,等离子体同轴枪参数,电极参数 内电极外径 14 mm 外电极内径 40 mm 外电极外径 52 mm 电极长 250mm / 150mm 电极材料 内电极:铜镀钨 / 弥散铜 外电极:不锈钢镶嵌铜钨合金 绝缘: 尼龙 / 陶瓷,等离子体同轴枪结构,脉冲电磁充气阀工作原理,电磁阀线圈放电参数 储能电容:2台150F/3kV 开关: 可控硅 ( 3kV/ 2kA ) 线圈电流:1
5、0kA ( 1.8kV ) 电流半周期:130s,脉冲电磁充气阀性能,充气特性:上升时间 50s、延迟时间 500s、持续时间 900 s,压缩线圈工作原理,自供电压缩线圈不同放电阶段电流流向 加速段 聚焦段,压缩线圈结构,螺旋型 圆锥型 压缩线圈进口直径 55 mm、出口直径 10 mm、压缩线圈匝10、 压缩线圈长 11cm,喷嘴,材料:铜钨合金 / 石墨 直径:10 mm 试验颗粒固定在Mylar膜上, Mylar膜与等离子体喷嘴紧密接触以获的最大动量传递,漂移管道、靶室,漂移管道必须有足够长度以减少放电开始阶段的电磁干扰和等离子体发光等影响,开始为3.5m,后增长至5.5m。 漂移管道
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