為了深入理解真空和空氣中鋁絲、鎢絲的電爆炸的物理過程,需要對電爆炸絲產(chǎn)物中中性原子和電子的密度分布進行定量測量。基于1 kA、0.1 kA/ns脈沖電流源,利用30 ps脈沖激光建立了532 nm和1 064 nm的雙波長干涉診斷系統(tǒng),獲得了電爆炸產(chǎn)物中的中性原子和電子數(shù)密度分布。并根據(jù)電壓電流測量計算獲得了在真空中電爆炸鋁絲的歐姆沉積能量接近其氣化焓,電爆炸產(chǎn)物以鋁原子為主,鋁原子密度在軸線處為最大值,沿半徑方向衰減。涂層鎢絲局部區(qū)域可歐姆加熱至氣化,電爆炸產(chǎn)物的平均電離度小于0.16。實驗結(jié)果表明:在真空中金屬絲電爆炸的產(chǎn)物組分與金屬絲材質(zhì)密切相關(guān),不同材料的金屬絲的表面電子發(fā)射能力、氣化焓差異都將影響著最終的能量沉積與相變過程。電爆炸絲在空氣中膨脹產(chǎn)生沖擊波,空氣的限制作用也使得電爆炸絲邊界處出現(xiàn)質(zhì)量聚集的現(xiàn)象。實驗中當電爆炸絲場強>30k V/cm時,在沖擊波和電爆炸絲之間的區(qū)域可以觀察到顯著的等離子體通道�？諝猸h(huán)境將延遲鋁絲的電壓擊穿時刻,提高金屬絲中的歐姆沉積能量。 

【文章來源】：高電壓技術(shù). 2020,46(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

電爆炸鋁絲的電流電壓波形、沉積能量和電阻

基于干涉圖像，手動提取干涉條紋，再通過等高線差值等流程，可以得到電爆炸絲對探針激光束引起的條紋偏移數(shù)。由式(1)可進一步計算得到電爆炸產(chǎn)物中金屬蒸氣原子(或空氣)和電子的密度分布。在真空中，中性粒子和電子的面密度分布見圖4(a)。從圖中可知，電爆炸產(chǎn)物以鋁原子為主，電子數(shù)密度可以忽略。在電壓擊穿后的106 ns，鋁原子面數(shù)密度峰值為1.7×1018 cm–2，對面數(shù)密度進行積分可得線數(shù)密度為9×1016 cm–1，對應于直徑15μm鋁絲初始質(zhì)量的90%。對上述面數(shù)密度分布進行阿貝爾逆變化，可以得到質(zhì)量密度分布，見圖4(b)所示。鋁原子數(shù)密度峰值為3.8×1019 cm–3，對應于固體密度的0.06%�？諝庵须姳ㄤX絲，532 nm和1 064 nm的相位偏移圖見圖3(b)所示，這時電爆炸產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)更加復雜。532nm激光和1 064 nm激光的條紋偏移量都朝向中性原子的方向。圖中白色箭頭外側(cè)區(qū)域為壓縮的空氣。箭頭內(nèi)部出現(xiàn)密度峰值，可能是因為快速膨脹的金屬蒸氣受到空氣的限制而出現(xiàn)質(zhì)量堆積的現(xiàn)象。

由圖6(b)中紅外激光得到的局部區(qū)域的條紋偏移圖見所示圖6(c)。圖中邊界黑色區(qū)域為未處理的區(qū)域。與圖5(c)中的情況顯著不同，在空氣沖擊波的內(nèi)側(cè)可以觀察到顯著的負向條紋偏移，表明該區(qū)域的電子密度非常顯著，可能對應于主要電流通道的位置。電流通道位于金屬絲電爆炸產(chǎn)物和沖擊波波前之間。與上述2 cm鋁絲的實驗相比，電壓擊穿時刻的軸向電場強度顯著提高，這可能是導致產(chǎn)生顯著電離通道的主要原因。圖5 空氣中電爆炸鋁絲(s16011)的面數(shù)密度分布

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3609622