新しい2つのコンセプト

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18176 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この原稿では、ステージ間スパークギャップ整流を備えた新しくユニークな 2 ステージフォーミングヒューズ (TSFF) の概念、物理的動作原理、研究を紹介し、極端なパラメータの高出力パルスを形成するためのそのアプリケーションを紹介します。 この論文では、TSFF の性能を分類し、従来の 1 段階フォーミング ヒューズと比較しています。 この結論は、実験室条件での分析および実験研究によって裏付けられています。 TSFF プロトタイプの設計、適用された測定方法とテストスタンドも紹介されています。 TSFF の開発された技術により、非常にコンパクトな設計で、800 kV に達する過電圧と数十 GW のパルス電力を伴う高出力パルスの前例のないパラメーターを達成することができます。 TSFF のユニークな特性により、従来の 1 段フォーミング ヒューズではこれまで不可能であった、電流上昇急峻性や出力電圧が非常に制限されている場合でも、幅広いエネルギー源との効率的な統合が可能になります。 提案されたシステムは、アプリケーションの柔軟性を大幅に高めながら、簡単に拡張できます。

科学や工学の多くの分野では、電流 (数百 kA 程度) または電圧 (数百 kV 程度) の大きな振幅とマイクロ秒の数分の 1 の持続時間を持つ高出力電気パルスを生成する必要があります。 。 このようなパルスは、実験室条件（電圧または電流大気サージ発生器2、3、プラズマまたは核物理学の研究システム、例えばXピンチプラズマ発生器）で極端なパラメータを使用して物理プロセスをエミュレートするために、または高出力電磁放射源を供給するパルスとして使用されます。通常はレーダー システム 4、パルス レーザー ソース 5、または指向性エネルギー システム 6 (対ドローン システム 7、8、軍事システム 9 など) に使用されます。 高出力パルス源の用途では、輸送目的 11 または小さな筐体 (ミサイル本体内など) への設置を可能にするために、コンパクトな形状 10 が必要となることがよくあります。 単一の生成ステージを使用してこのような極端なパラメータのパルスを直接生成することは、重大な技術的困難 (高電圧の電気的または電気力学的および熱的ストレスに起因する) のため、実際には不可能です。 同時に、個々のパルスソースは適切なパルスパラメーターを提供しません（振幅が不十分であるか、パルス持続時間が長すぎるという点で）。 したがって、実際のシステムでは、高出力パルスの生成は、（図 1 に示すように）カスケード システムを使用して間接的に実行されます。このシステムでは、連続する各ステージで、パルスのピーク パワーが相対的に増加し、その期間が短縮されます 12。

高出力パルスカスケード生成および形成システムのブロック図。

高出力パルスの生成と回路形成のソリューションは、生成されるパルスの性質に応じて、電流タイプと電圧タイプのシステムに分類できます。 電圧システムの典型的なソリューションは、マルクス発電機 13、14、15、16 または他のタイプの電圧増倍システムであり、多くの場合、たとえば Blumlein トポロジー 19、20 などの特殊な成形ライン 17、18 と統合されます。 電流型発電機の場合、最も一般的に使用される解決策は、磁束圧縮発電機 (FCG)21、22 です。これは、発電機巻線と結合した磁束の爆発的な圧縮によって電流値を倍増します 23、24、25。 FCG 電流出力パルスは、そのパラメータを負荷要件に適合させるために、パルス形成システム (PFS) で整形されます。 図 2 に、キャパシタ バンクから供給されるヒューズベースの PFS の動作概念図を示します。 フォーミング プロセスは、システムの負荷に伝達される重大な過電圧を生成する非常に高速な開閉スイッチによるフォーミング誘導コイルに流れる電流の動的制限現象に基づいています。 最も頻繁に使用されるスイッチング要素はフォーミング ヒューズ (FF)26、27、28 であり、その動作原理は可溶要素 (ほとんどの場合、良導電性のワイヤまたはフォイル ストリップの束の形で作られます) の急速な崩壊に基づいています。 ) 高密度電流の流れによる 29。 詳細な分類、技術の紹介、および高出力パルスを生成する目的でヒューズを形成するための例示的なパラメータのリスト（さまざまな一次ソースおよびパルス生成システムを考慮して）は、参考文献 30 に記載されています。

パルス コンデンサ バンクによって供給されるヒューズベースの高出力パルス形成システムの概略図: C0 - 電圧 U0 に充電されたパルス コンデンサ バンク。 T - トリガトロン (トリガーされたスパーク ギャップ)、iF、uF - ヒューズの電流と電圧を形成します。

電磁放射システムを構成し、FF ベースの PFS と連携する典型的な負荷は、さまざまな種類の高出力マイクロ波パルス ランプ 10 であり、ほとんどの場合、バーケーター、反射三極管、レディトロン、またはハイブリッド システムが挙げられます。極度の電場にさらされた陰極からの爆発的な放出によって生成される電子プラズマの振動により、通常はマイクロ波範囲の電磁放射ビームが生成されます。 準安定形態の電子プラズマを効果的に生成するには、大きな電圧振幅、高い急峻性、および高出力電流能力を備えたパルス源 (主に広帯域幅タイプ) から電子プラズマを供給する必要があります 1,22。 したがって、PFS の目標は通常、負荷と効果的に連携するために上記のパラメータを最大化することです。 入手可能な文献に記載されているパルス形成システムのアプリケーション用の単段 FF は、数十から 1 のオーダーの電流制限急峻性を備えながら、数十 27,31 からさらに 400 kV 32,33 の値に達する適切な高電圧パルス生成特性を示します。 100 kA/μs を少し超える程度です。 生成されたパルスの達成される瞬間ピーク電力値は、数百 MW または数 GW に達します。 高出力パルス発生および形成システムの出力、コンパクトさ、効率を高めるためには、これまでに達成された限られたパラメータを超える新しい FF ソリューションを開発する必要があります。

入手可能な文献では、これまでに考慮されているヒューズベースの PFS における過電圧パルス生成の効率の基準は、可溶要素の崩壊メカニズムの種類に関連しており、可溶要素の断面における電流密度 jmax の最大値でした 34。 、35。 ヒューズベースの PFS (図 2 の概略図) に関する広範な研究により、電流密度 dj/ の最大急峻さとして PFS における高出力パルス生成の効率を決定する拡張基準が明確に特定されました。可溶要素の断面における dtmax。 幅広い動作条件で FF で発生する現象を体系的に分析した結果、ヒューズベースのシステムにおける前述の基準 (dj/dtmax) の値を、達成された値よりも大きくできる可能性があるという疑問が生じました。これにより、電流制限の急峻さが大幅に増加し、従来の FF ソリューションの場合よりも大幅に大きな振幅の過電圧が形成される可能性があります。 フォーミング誘導コイル (図 2) を使用した回路におけるヒューズ電流密度 dj/dt の急峻性を高めるには、可溶要素の等価断面積 (並列要素の数と断面積に関連) を減らすことで可能です。単一の可融性ワイヤ）、または電源の電圧を増加させて回路内に電流を強制的に流します。 ただし、前者の方法を直接適用すると、同時に、大きなヒューズ等価抵抗を挿入し、ヒューズが切断される前の電流値、いわゆるプレアーク電流 ip を制限することにより、LC 回路の電流上昇スロープの急峻性が制限されます。ヒューズ動作のジュール積分の小さい値 36)。その値は、FF によるゼロへの電流制限の急峻さを決定します。 一方、PFS に電流を供給する電源の電圧を上げることは、より高い動作電圧のコンデンサ バンクを使用する必要性と関連しており、実際にはテスト スタンドの構造に絶縁の問題が発生し、テスト スタンドの複雑さが増します。バッテリーの事前充電システム、およびこのタイプのソリューションのコンパクトさと機動性の大幅な低下。

この記事では、ステージ間スパーク ギャップ整流を備えた TSFF の新しく独創的なソリューションの概念を提案します。これにより、出力を増加し、形成されるパルスの継続時間を短縮し、PFS での電流密度上昇の急峻性を高めることができます。このタイプのシステムを、出力電圧が制限された一次エネルギー源 (例: コンデンサバンク) または電流型電源 (例: FCG) と統合することも同時に可能です。

TSFFを使用することで、従来の単段FFによるシステムと比較して、大電力パルス形成プロセスの効率を数倍向上させることができ、生成される電圧パルスの振幅を最大まで増加させることができます。電流制限の急峻度が 300 kA/μs を超えると、値は 800 kV に達し、同時にその持続時間を 10 分の 1 または 100 分の 1 μs に制限します。 高い電力密度、エネルギー密度、およびソリューションのコンパクトさを維持するようなパラメーターを備えたシステムは、これまでのところ文書化されていません。

TSFFの動作原理（図3aに示す）は、可溶要素の等価断面積が比較的小さく、段階II（以下フォーミング段階と呼ばれます）での電流密度上昇の急峻性を高めることに基づいています。これは、準備段階と呼ばれる TSFF のステージ I からの大きな電流の転流によるもので、可融性要素の断面積が大きくなります。 整流後の形成段階の可溶要素の電流密度上昇の急峻性が大幅に増加するため (準備段階と比較して 3 桁も増加する)、形成段階の可溶要素の均一な電気爆発が発生し、PFS が発生します。電流は非常に急速に制限されるため、誘導コイルの形成により回路内に重大な過電圧が発生します。

TSFF (a) と 1 段 FF (b) の構造の比較。

TSFF の構造は図 3a に簡略化して示されており、図 3b に示す従来の 1 段フォーミングヒューズと比較されています。 準備段階の可溶要素は TSFF 電極に直接接続されています。 形成ステージは整流スパーク ギャップ (CSG) と直列に接続され、ブランチ全体が準備ステージに並列に接続されます。 両方の段階の可溶要素は 1 つのヒューズ コンパートメントに配置され、それらの間でのアークの発火を防ぐ絶縁バリアによって分離されます。

TSFF の概念は、パルス形成システムの動作原理に直接関係しており、システムの連続する各段階でピーク電力を増加し、パルス持続時間を短縮することにあります。 ヒューズ準備段階の目的は、動作初期（電流立ち上がり段階）にインダクタンスを形成する PFS に電流を流すことです。 このため、それは大きな等価断面積 n1S1 を持つ多数の並列可溶要素で構成され、その値は電流波形の最大値を決定する特定のジュール積分から生じます。 より小さい等価断面積 n2S2 を備えた形成段階の可溶要素は、動作の初期段階で CSG によって一次電流経路から分離されます。 予備可溶要素の崩壊プロセスにより、電流制限現象が始まり、CSG 電極間に過電圧が発生します。その結果、放電が点火され、電流が急速に形成段階に転流されます。 成形段階への高値の電流の急速な転流により、非常に高密度が生成され、可溶要素内に急激に上昇する電流が流れ、電気爆発を引き起こします。 同時に、ステージ間の電流転流後の準備ステージのゼロ電流期間中（実際には、この時点で準備ステージには非常に小さな電流が流れる可能性があります）、崩壊後に形成されたプラズマチャネル内の熱イオン化プロセスが発生します。準備段階の可融性要素の停止とその部分的な脱イオン化が行われます。 その結果、準備段階のプラズマチャネルは、形成段階の可溶要素によって突然電流がゼロに制限され、（従来の単段FFでは）重大な過電圧パルスが発生する前に、電気強度を再構築することができます。ヒューズの崩壊後の放電が再点火し、電流制限プロセスが無効になります。

準備段階の可溶要素の等価断面積は、電流波形が最大値に達する直前に分解が起こるように選択する必要があります。 したがって、可溶要素の数、断面積、および長さの選択は、通常、参考文献 30 に示されているように、エネルギー基準とジュール積分基準に基づいて行われます。 ただし、TSFF で発生する現象の強い非線形性と PFS 回路への影響のため、この方法は近似的なものであり、最適な動作条件を効果的に決定するには実験的方法を使用する必要があります。 準備段階 (CSG の点火のみを保証する必要がある) までに非常に高い過電圧を生成する必要がないため、電流密度上昇の高いダイナミクスを保証できないソースから TSFF ベースの PFS を供給することが可能です。形成段階で形成される過電圧の値に大きな影響を与えることなく。 実際、どのような場合でも、形成段階の可溶要素の電流密度上昇の適切で高いダイナミクスを保証するのは準備段階です。

図 4 は、2 つの動作ステージにおける 2 ステージ フォーミング ヒューズを備えた PFS の簡略化した回路図を示しています。 電気量の典型的な理想化された波形、つまり PFS の TSFF 電流と電圧を図 5 に示します。

準備フェーズ (a) およびステージ間転流後のパルス形成フェーズ (b) での動作中の TSFF ベースの PFS の概略図: C0 - 電圧 uc のパルス コンデンサ バンク、T - トリガトロン (トリガーされたスパーク ギャップ)、 L - フォーミング インダクタンス、DPC - 脱イオンプラズマ チャネル、iF、uF - ヒューズ電流と電圧、i1、i2 - 準備およびフォーミング ステージ電流。

TSFF 動作中の電気量の理想化された波形。マークされた特性値 (図 4 および説明文に従った記号) を備えています。 説明図は縮尺通りではありません。

TSFF の操作プロセスは 4 つのフェーズに分割できます。

崩壊するまでの準備段階で電流が上昇し、CSG放電点火の初期過電圧が発生します。

準備段階の可溶要素の崩壊後の準備段階から形成段階への電流の転流。

電流は形成段階を通って流れ、同時に準備段階の可融性要素の崩壊後に形成されたプラズマチャネルの耐電圧が回復します（ゼロ電流間隔）。

形成段階の可溶要素の電気爆発による電流の急速な制限。 フォーミング コイル内で重大な過電圧が発生します。

図 6 は、ヒューズの両ステージを表す集中周辺要素を含む簡略化された TSFF ベースの PFS 回路モデルを示しており、これに基づいてシステム動作を分析することが可能です。

簡略化された TSFF ベースの PFS 集中回路モデル (記号の説明については説明文を参照)。

単段 FF 設計と同様に、TSFF 動作のフェーズ 1 は、図 6 に示すように、フォーミング回路のソース (コンデンサ バンクまたは FCG) から電流が流れ始める瞬間に始まります。初期フェーズでは、合計ヒューズ電流 iF は準備段階 i1 の要素全体を流れ、内部エネルギー、温度、そしてその結果として抵抗の増加を引き起こします。 準備段階の可溶要素が、その溶融 (時間 th) と崩壊 (コンデンサ バンク iexp の予想される放電電流と比較して電流を制限する) のプロセスを開始するのに必要な内部エネルギーのレベルに達するまで、TSFF には次の機能があります。 CSG による成形ステージのガルバニック分離による単段 FF の。 準備段階の可溶要素の分解プロセスの開始瞬間に、それらの等価抵抗は急速に増加し、その結果、TSFF 準備段階での電圧降下は CSG 点火電圧 USGI に達するまで増加します。 準備段階の要素の抵抗が大幅に増加するため、CSG での電圧降下は主に抵抗によるものになります。 したがって、TSFF 動作のフェーズ 1 では、CSG での電圧降下は準備段階の可溶要素の状態から直接生じ、関係 (1) によって決定されます。

ここで、RS1、LS1 の抵抗と準備段階のインダクタンス。

CSGでの電圧降下が時刻tc'でスパークギャップの点火電圧の構造的に決定された値に達するとすぐに、フォーミングステージへの電流の転流が始まります。 準備段階の可溶要素の分解の開始現象の結果として、回路に流れる電流はある程度制限されます。 制限係数 γi は、準備段階電流 Imax (2) の最大値を基準とした、フォーミング段階に転流される電流 Ic の比として定義され、電流が転流される点火電圧 USGI から生じ、 CSG点火時の準備段可溶体の状態。

ここで、Imax は TSFF 準備段電流の最大値です。

ＣＳＧ点火の時間ｔｃ'において、形成段階の「冷たい」可溶要素の等価抵抗の値がはるかに低いため、準備段階から形成段階への電流の転流が始まる。 整流プロセスの開始時、形成段階の可融性要素は、準備段階の可融性要素の崩壊後に形成される (高抵抗の) プラズマ柱とは異なり、周囲温度を持っています。

時間間隔 tc' ～ tc'' における段間電流整流プロセスのダイナミクスは、式 (1) で説明できます。 (3) と近似初期条件 (4)。 提示された周辺モデルは、TSFF の動作中に発生するプロセスの定性的分析を目的として、TSFF の小さな寄生要素を考慮せずに簡略化され、主要な要素に限定されています。 実際には、TSFF 構造や電流経路の分散容量などの存在によって生じる時定数 (ps 程度) は、熱電および熱磁気の比較的「長い」ns スケールの時定数の観点からは目立ちません。流体力学的プロセス。

転流中、形成ステージ要素の抵抗は大幅に増加しないため、RS2 ≈ const であると想定できます。 抵抗 RS1 の増加は継続するため、ヒューズ準備段 LS1 のインダクタンス値は無視できます。 このような短時間では、ソース コンデンサ uC の両端の電圧は一定のままです。 CSG でのアーク点火後の電圧降下 uCSG も無視できる程度であり、転流プロセスには影響しません。

ここで、L はインダクタンスを形成し、RS2、LS2 はステージの抵抗とインダクタンスを形成します。

転流回路のパラメータとは別に、段間転流のダイナミクスを決定し、転流プロセスの初期条件から生じる重要なパラメータは、転流スパークギャップの点火電圧 USGI とヒューズ形成段のインダクタンスです。 この事実と可溶要素の電流密度が並列要素の数の増加に伴って減少することを考慮すると、準備段階と比較して成形段階の可溶要素の最適な数が存在すると結論付けることができます。 TSFF の最適な動作パラメータを決定するための最適化研究が進行中です。 式の重大な非線形性のため、 (3) パラメータの場合、解決策は、たとえば、Ref.30 または Ref.12 にあるように、形成ヒューズの抵抗モデルを使用して数値的に決定できます。

準備段階からフォーミング段階への電流転流のプロセスは、ヒューズ電流全体がフォーミング段階 (iF = i2) を流れる時刻 tc'' で終了します。 これから (TSFF 動作のフェーズ 3)、形成段階の可溶要素の内部エネルギーを増加させるために必要な短時間の間、ヒューズの電圧 uF は、それらの等価初期抵抗 (抵抗) での電圧降下に起因する小さな値に達します。周囲温度に近い温度での要素の影響)。 形成段階の可溶要素の数と、容量 C0 に残る電圧 uC の値に応じて、式 (1) に従って、ヒューズ電流値の一時的な増加、安定、または減少に気づくことができます。 (5)。

準備段階から形成段階への電流の転流に関係なく、準備段階の可溶要素の崩壊プロセスは停止しません。 電流が形成段階に転流された後、準備段階でプラズマ チャネルがさらに半径方向に拡大し (その結果、プラズマ カラムの直径が増加します)、無電流条件 (ゼロ電流間隔) での集中的な脱イオンが行われます。したがって、等価抵抗 RS1 は​​さらに増加し​​ます。

プレアーク時間 tp で形成段階の可溶要素が必要な内部エネルギーに達すると、形成段階の可溶要素の電爆によって電流が急速にゼロに制限され、極値 Umax の過電圧がヒューズに発生します。 このような高い過電圧が発生する可能性があるのは、フォーミング ステージ要素の次の特徴によるものです。

形成段階の可融性要素における電流密度の増加の値がはるかに高く急峻であること（等価断面が小さいため）により、より高い崩壊ダイナミクスがもたらされます。つまり、プラズマ柱のより速い半径方向の膨張が保証されます。等価チャネル抵抗もより速く増加します。

形成段階の可溶要素は、準備段階の可溶要素よりもはるかに長い長さを有する可能性があるため、より多くの基本アークギャップの分離によって、すなわちマルチアークカラムのより高い電圧値で崩壊する可能性がある。 。

形成段階の可融性要素の等価断面積が小さいため、急速な電気爆発の結果として生成されるプラズマ チャネルの自由電荷キャリアの密度が低くなり、そのため等価抵抗が高くなり、その脱イオンプロセスがより大きな時間で発生します。ダイナミクス。

最終的な電流制限プロセスでは、フォーミング段階の電圧が準備段階のプラズマ柱にも現れ、ゼロ電流期間 tp − tc'' の間に電気回復強度を自由に回復できます。 ヒューズ形成段階で発生する極端なレベルの過電圧とはるかに速い等価抵抗の増加により、リターン漏れ電流が準備段階のプラズマ柱を通って流れ始め、最大値 Ir に達し、制限された電流を部分的に導通させることによって、形成段階の可融性要素によって、生成される過電圧をある程度低下させることができます。 プラズマ チャネルの深い脱イオン状態とヒューズ パラメータの適切な選択により、準備ステージの戻り電流は再イオン化を引き起こさず、その結果、時間 toff で実効電流がゼロに制限されます。

ただし、準備段階のゼロ電流間隔が短すぎると、まだ脱イオン化しているプラ​​ズマ チャネルが再イオン化される可能性があり、その結果、高い値の追従電流が発生します（コンデンサ バンクに残っているエネルギーが放電されます）。流れることができる。 その場合、電流制限やパルス形成処理が無効になる場合があります。

したがって、準備段階の断面 n1S1 と形成段階の n2S2 を適切に選択し、適切な長さを確保しながら CSG 点火電圧 USGI の値を適切に選択し、リターン電流 Ir の値を最小限に抑える必要があります。形成段階の要素の数を減らし、準備段階のプラズマチャネルの十分に長い脱イオン時間 tp − tc'' を提供します。 パルス形成プロセスの効率を最大化するには、間隔 toff − tp の電流制限プロセス全体をできるだけ早く完了する必要があります。

2 段階フォーミング ヒューズは、原理と有効性の点で、いかなる設計の 1 段階 FF では達成できない特性を備えています。 単段 FF の場合、動作の初期段階で可溶要素は、フォーミング インダクタンス電流が特定の、多くの場合大きな値 (数百 kA、さらには MA24 のオーダー) まで上昇する可能性を保証する必要があります。 。 したがって、それらは非常に低い伝導抵抗を持ち、アーク発生前のジュール積分 I2tp の可能な限り高い値を提供する必要があります。I2tp は、可溶要素に適用されるエネルギー密度の尺度であり、可溶材料の種類と次の 2 乗によって決定されます。 (6) による、断面積 S と可溶要素の数 n の積。

ここで: KM マイヤー定数または可溶材料の比積分 (銅の場合: KMCu ≈ (1.2 ÷ 1.4)‧1017 A2s/m4、または銀の場合: KMAg ≈ (0.8 ÷ 1)‧1017 A2s/m4)37。

ヒューズ電流密度増加 dj/dt の顕著な急峻さに関連する FF の可溶要素の急速加熱条件下でのマイヤー定数 KM は、文献で採用されている設計値よりわずかに高い値に達する可能性があることは言及する価値があります 29,38。

ヒューズの等価抵抗は可溶要素の長さに比例し、等価断面積に反比例します。 十分に高い PFS 電流を得るには、可溶要素の長さを最小限に抑え、断面積と数を最大にすることで、導通状態のヒューズ抵抗を最小限に抑える必要があります。

一方、PFS 電流は最大値に達した後、急速にゼロまで減少する必要があるため、ヒューズの抵抗は可能な限り短い時間で可能な最大値に到達する必要があります (これはヒューズの切断メカニズムによって決定されます 29,39)。 。 可溶体の崩壊機構の種類を決定する重要な要素の 1 つは、電流密度の最大値 jmax と電流密度の上昇の急峻さ dj/dt です。 上述の条件のため、FF 動作の第 2 フェーズ (つまり、電流制限フェーズ) では、電流をゼロに制限するプロセスの可能な限り最大のダイナミクスと可能な限り最速の耐電力回復を得るために、次のような努力が必要です。並列可溶要素の断面積と数を最小限に抑え、その長さを最大限にするように作られています。

FF によるパルス形成の有効性を決定する可溶要素の選択に関する上記の基準は逆です。 したがって、単段 FF 素子の適切な数、断面積、および長さを選択しても、PFS での最適なヒューズの動作条件を保証することはできません。 同時に、TSFF の設計により、電流の立ち上がり時とスイッチオフ時の動作条件に合わせて、ヒューズの両方の段階 (準備段階と形成段階) で可溶要素の機能調整が可能になります。 両方の TSFF ヒューズ ステージは、PFS の動作フェーズに適合した可溶要素の数、断面積、長さを備えています。つまり、より大きな断面積と制限された長さを備えた相当数の準備ステージ要素により、ヒューズ ステージ内の電流を増加させる可能性が保証されます。 PFS はインダクタンスを可能な限り高い値に形成し、少数の形成要素の直径を小さくし長さを長くすることで、迅速な電流制限を実現し、その結果、パルス生成プロセスの効率を大幅に向上させます。 準備段階と比較して、形成段階の可溶要素における電流密度の値とその上昇の急峻さにより、その崩壊は基準 (7)38、40、41 に従って均一な爆発の性質を持ちます。

ここで、tr は溶融崩壊までの時間、τI は可溶要素の表面および内部不安定性の進行の時定数であり、(8)42,43 を使用して推定でき、可溶要素の長さと巻線の形状とはほぼ無関係です。

ここで、ρ 可溶体の密度、μ0 絶対真空透磁率、jmax は崩壊前の時間における可溶体の電流密度の最大値です。

この論文で検討した電流と時間の値では、表面および内部の不安定性の進行の時定数 τI は、数百 ns から 1 μs の範囲の値に達します。 したがって、可溶元素の爆発の均一な性質を確保するには、その崩壊までの時間をτI より短くする必要があります。 プラズマチャネルの形成と脱イオン化を伴う、基本的なアークギャップの分離による電流密度の急激な増加の条件下での可溶要素の電気爆発的崩壊のプロセス（電気力学および熱力学的な力による縞状のヒューズワイヤの崩壊29,39）は、次のとおりです。図7に示します。

顕著な電流密度急峻な条件下での可溶要素の電爆による縞状の崩壊プロセスの概略図。

TSFF の設計は、ヒューズ動作の 2 つのフェーズに適合する機能を備えた 2 つの単段 FF ヒューズを組み合わせたものです。 成形段階要素は、準備段階と比較して、かなり小さい等価断面ｎ ２ Ｓ ２ およびより長い長さｌ ２ を有し、これは関係式（９）によって表される。 TSFFヒューズチャンバーの指定された全体寸法を維持しながら、形成段階の可溶要素の長さを増やすことは、図3aに示すように、要素を螺旋状に巻いたり、絶縁支持体上で多角形のチェーンに沿って巻いたりすることによって可能になる可能性があります。

TSFF のジュール積分値を 1 段 FF と同等にする必要がある場合、並列準備段要素数を 1 段 FF に対して削減し、その不足分を 1 段の FF のジュール積分値で補います。形成段階の要素。

成形段階の可溶要素の電流密度増加 dj/dt の急峻性が非常に高いため、導体内部の磁場拡散現象を制限するために、対応して小さな直径の巻線を使用する必要があります。 十分に短い段間転流時間と組み合わせた可溶要素の直径が大きすぎると、不均一な表面加熱と可溶要素のアブレーション爆発が発生する可能性があります29。これは、可融材料全体を蒸発させるのに必要な時間が電磁気よりもはるかに短い場合に発生します。可溶要素の内側への半径方向電流密度拡散の熱時定数。

電流拡散現象と限られた（何桁も低い）熱拡散速度により、アブレーション爆発中の可融性材料の蒸発は、最初は導体表面でのみ発生し、多くの場合、可融性要素のコアが液体状態に達する前にさえ発生します。 このタイプのプロセスは、かなりの密度と高いダイナミクスの電流の流れにさらされる電流浸透の表皮深さに関連してかなりの直径の導体で発生します。 導体のアブレーティブ爆発は均一爆発よりもはるかに動的ではないため、FF の場合、これは望ましくない現象であり、適切に小さい直径の可溶要素を使用することでその発生のリスクを制限する必要があります。

電流密度の内部分布に対する可溶要素の直径の影響を視覚化するために、直径 0.25 mm と 0.125 mm の 24 個の並列ヒューズで構成されるヒューズ コンパートメント (図 8) の導電要素内の電流の流れを数値シミュレーションしました。は、顕著な線形急峻性 (単一ヒューズで 100 kA/μs を超える) の強制電流に対する応答として過渡状態でシミュレーションされています。 シミュレーション テストは、CST Studio 2022 コンピューティング環境 44 で有限要素法 (磁気熱拡散およびマクスウェル方程式に基づき、電磁場と熱場の結合を考慮する) を使用して時間領域で実行されました。

24 個の並列可溶要素 (長さ 300 mm、直径 0.25 mm または 0.125 mm) で構成されるヒューズ コンパートメントの内部の離散化モデル。

図9と図10は、それぞれ直径0.25mmと0.125mmの単一の可溶要素の断面における電流密度jの絶対値の分布を、電流増加の選択された時点で視覚化して示しています。

顕著な急峻な電流が流れているときの、直径 0.25 mm の銀可溶体の断面における電流密度の動的分布の視覚化。

顕著な急峻な電流が流れているときの、直径 0.125 mm の銀可溶体の断面における電流密度の動的分布の視覚化。

図 9 と図 10 は、仮定によれば、電流密度分布に対する可溶体の直径の影響は、顕著な立ち上がり急峻な電流パルスの場合 (例:段間整流）。 電流密度分布が不均一になると、ヒューズの分解プロセスの性質が変化し、PFS 生成特性が低下する可能性があります。 このため、TSFF の形成段階では、準備段階よりも細い線径の可溶体を使用する必要があります。

代表的なTSFF電流曲線（図5）に基づいて、それぞれ（10）および（11）に従って準備段階I2t1と形成段階I2t2のジュール積分の値を決定する近似依存関係を開発することが可能です。 簡単のため、電流 i1 は三角波形、電流 i2 は台形波形と仮定しました。 図 5 と一致する名称が採用されました。

ここで、γi 電流制限係数は (2) として定義され、t2AV は成形ステージ要素を流れる電流の平均時間で (12) として定義されます。

ここで、toff は電流制限をゼロ時間にします。 図５に従った指定が採用された。

図５に基づいて、準備段階ｄｊ１／ｄｔＡＶおよび形成段階ｄｊ２／ｄｔＡＶの可溶要素における電流密度上昇の急峻さのおおよその平均値を決定することも可能である（式５）。 それぞれ (13) と (14) です。

形成段階と準備段階の電流密度ダイナミクスの急峻さの比は、式 (1) から決定できます。 (15)。

方程式に基づいて、 (10) と (11) から、可溶要素 tc'' と t2AV に電流が流れる時間を決定することができ、式 (11) を簡略化できます。 (15) 準備段階要素と形成段階要素 (16) の等価断面の比率のみに依存する形状に変換します。 マイヤー定数 KM (6) は、電流密度 dj/dt の急峻さによって異なる値を持つ可能性がありますが、変動範囲では初期値の 2 倍までに制限されることに注意してください 29,38。

電流制限係数 γi の実際の値は 0.5 ～ 1 の範囲にあり、主に CSG 点火電圧 USGI に依存します。 形成段階のヒューズを急速な爆発で破壊するには、基準 (16) の値を最大化する必要があると結論付けることができます。 基準 (16) は高度に非線形な性質 (3 乗) であり、形成段階の可溶要素における電流密度上昇の急峻性の大幅な増加を保証します。 したがって、パルス形成プロセスを大幅に劣化させることなく、TSFFをエネルギー源と、比較的低い電流ダイナミクス（FCGまたはスーパーキャパシタバンクなど）のPFSと統合することが可能です。 形成段階の急速な崩壊（電流密度上昇の顕著な急峻さに関連する）は、準備段階の可溶要素と関連して形成段階の可溶要素の等価断面を適切に選択することによって得ることができる。

可溶要素の有効断面積の比 n1S1/n2S2 は、形成段階への電流転流後のゼロ電流状態の間の準備段階でのプラズマ チャネルの脱イオン時間にも影響します。 この脱イオン時間は、形成段階の要素を流れる電流の平均時間 t2AV に等しく、式 (1) から近似して決定できます。 (17)。

ここで、κ = UC0/L は、パルス化コンデンサ バンクからの TSFF 供給の条件下での初期容量電圧 UC0 とフォーミング インダクタンス L に応じた PFS 回路のおおよその平均電流勾配です。 TSFF と FCG の連携の場合、電流上昇の急峻さは主に FCG の設計に依存します。

可融性元素の崩壊後に形成される高密度プラズマの場合、電荷キャリア、つまり電子とイオンの再結合の結果として脱イオン化が発生します。 プラズマ チャネルの脱イオン化は、冷却条件とプラズマ チャネルの拡張の可能性に大きく依存します。 脱イオン時間は数百 ns のレベルで考慮されるため、可溶要素の崩壊後に形成されるプラズマ チャネルを冷却するための唯一の効果的なメカニズムは放射ですが、ヒューズ チャンバ内の高温条件により制限されます。 したがって、急速な脱イオン化とプラズマ チャネルの等価抵抗の増加を引き起こす主な要因は、ヒューズの電気爆発の力学から生じる特定の速度で発展するプラズマの半径方向の膨張 45、46、47、48 です。 この現象により、プラズマ チャネル内の自由電荷キャリアの密度が時間の関数として大幅に減少します。 したがって、可溶要素の崩壊ダイナミクスが高くなるほど、その後のプラズマチャネルの脱イオン速度も高くなります。

実験室での予備試験では、崩壊自体の動力学への明らかな影響に加えて、形成段階の可融性要素のワイヤ直径も崩壊後の時間におけるプラズマチャネルの半径方向の膨張の動力学に直接影響を与える可能性があることが示されています。崩壊プロセスの開始。 直径が小さい要素の場合、チャネルの電気絶縁強度の回復速度は、直径が大きい要素よりも速くなります（同じ等価断面を維持し、表皮効果による均一加熱の基準を満たしながら）。 この現象の定性モデルの研究が進行中です。

電流転流の開始に関連して形成段階の可溶要素が早期に崩壊すると、準備段階のプラズマ チャネルの耐電圧を回復するのに必要なゼロ電流時間間隔が減少します。 この場合、等価抵抗 RS1 が適切に増加する可能性が確保されていない場合、成形段階の要素の電爆後に大きな過電圧が発生し、準備段階の分岐で再び電流が還流する可能性があります。 。 この電流の振幅は、ゼロ電流時間間隔 t2AV の持続時間に関係します。 帰還電流が流れることにより、準備段プラズマチャネルの内部エネルギーが再び増加する。 チャネルの熱イオン化エネルギーに関連する内部エネルギーの臨界値を超えると、アークが再点火し、追従電流が流れる可能性があります。

ゼロ電流期間が発生しない単段 FF では、可溶要素の低力学的崩壊によって生じるプラズマ チャネルは、可溶要素からの熱エネルギーの継続的な供給により、電気回復強度を回復する可能性が限られています。限られた電流。 その結果、TSFF と比較して、電流をゼロに制限した後 (または制限プロセス中、電流の下降勾配で) アークが再点火する可能性がはるかに高くなります。

単段 FF と比較した TSFF の主な特徴と特性の概要を表 1 に示します。

要約すると、その物理的特性により、スパーク ギャップ整流を備えた 2 ステージ フォーミング ヒューズは、シングル ステージ FF と比較して、広範囲の電流電圧条件ではるかに優れた高出力パルス フォーミング動作パラメータを提供すると言えます。ソリューション。

TSFF の概念を検証するために、実験室モデルが開発および製造され、パルス コンデンサ バンクから供給される提案された PFS で多数の実験室テストが実行されました。 実験研究の目的は、理論解析に基づいて決定された TSFF の特性を確認し、いくつかの設計ソリューションを修正することでした。

TSFFモデルの構造と特徴的な要素を示す写真を図11に示します。

TSFF 実験室モデルの写真: 成形ステージと整流火花ギャップの側面から見た図 (a)、および整流火花ギャップ構造の拡大図を含むプロファイル (b): 1 - 可溶要素用の迅速な取り付けシステム、 2 - 成形段階の可溶要素、3 - 絶縁サポート、4 - ヒューズ コンパートメント絶縁パーティション、5 - CSG 調整可能電極、6 - ブッシング絶縁体および可溶要素の下部内部取り付け用サポート、7 - 統合された電流測定トランスデューサを備えた外部ヒューズ ケージヒューズ電流成分の測定用、8 - ヒューズコンパートメントの絶縁チューブ、9 - 外部ヒューズフィッティング、10 - 準備段階の可溶要素、11 - フック付き下部内部フィッティング、12 - ヒューズコンパートメントのガスシール、13 - 広帯域パルス電流測定トランスデューサー。 準備段階のおおよその電流の流れを赤い矢印で示し、形成段階の電流の流れを青い矢印で示します。

可溶要素の支持構造は平坦な構成で形成されている。すなわち、ＦＦの両ステージは、ポリオキシメチレン材料で作られたプレートの形態を有する絶縁バリアによって分離されている。 準備段階要素（長さ 320 mm）は、FF チャンバーの内部電極間のバリアの片側に吊り下げられます（図 11 に示すように）。 絶縁バリアプレートは絶縁ロッド上の成形ステージ要素を支持し、銀線の多角形巻線の取り付けを可能にします。 可溶要素を備えた支持構造は、両端に 2 つの外部フィッティングが取り付けられたポリアミド チューブの形でヒューズ コンパートメント内に配置されます。 絶縁支持ロッドと成形段階可溶要素の多角形巻線の使用により、その長さを l2 = 430 mm まで増やすことができます。 螺旋または多角形の巻き付け方法を使用する場合、同じ段階 (準備または成形) の可溶要素は、その長さに沿って均一な電位勾配 (崩壊プロセス中) が確保されるように配置されます。つまり、いずれか 2 つが閉じることになります。可溶ワイヤの長さに沿った相互の点は同様の電位を持ちます。 この手順は、可溶要素間の放電点火の確率を制限するために使用されます。 一方で、可溶線の構造（製造段階で追加校正）が乱れている可能性があるため、若干の電位差が発生する場合があります。 したがって、可溶要素は互いに分離する必要があります。 この研究では、最小距離を 5 mm と想定することに成功しました。 可溶要素の巻線の提案された方法 (図 11a に示す) では、この特定の TSFF 実験室モデルの準備段階の要素の最大数は n1max = 10 に等しくなりますが、形成段階では n2max = 6 になります。図 11b は、 TSFF整流スパークギャップの簡略化された設計は、適切な形状の銅陰極とアルミニウム陽極の形をしています。 銅電極の適切な装着により、点火ギャップ電極間の距離を調整することが可能となり、点火電圧USGIを50kVから約20kVの範囲で調整することが可能になりました。 180kV。 点火電圧 USGI の最小値は、PFS 回路の電源電圧 (提示された論文の場合のように 10 kV) よりも低くてはなりません。 準備段階までに USGI に到達しない場合、転流は発生せず、TSFF は準備段階のパラメーターを使用した単一段階の FF のように動作します。 CSG点火が早すぎる場合、つまり準備段階の可溶要素が崩壊する前に、両方の段階の可溶要素が時間的にほぼ平行して崩壊し、達成されるパラメータも単段階のものと同等になります。 FF。

TSFF 電流の関連成分 (準備段階電流 i1 と形成段階電流 i2) を個別に測定するために、適切な同心分流器がモデルの下部に取り付けられています。 この分配器の内部経路は準備段階の電流成分のみを伝導し（ヒューズチャンバー内の絶縁ブッシングの使用により）、外部経路（電流ケージ）はフォーミング段階の電流のみを伝導します。 図 11b は、それぞれのヒューズ電流成分の流れ経路を示しています。 適切な測定範囲を備えた電流トランスデューサが利用できない場合、提案された幾何学的ソリューションにより、分流器のトポロジーと適切な測定補償方法を併用することで電流測定範囲を拡張できます49。

FF が組み込まれる PFS 回路のパラメータとは別に、ヒューズベースの高出力パルス形成の効率は、次のようなヒューズの多くの設計要素の影響を受けます。

単一の可溶要素の断面と形状、および平行要素の数、

可溶要素の長さ、

可溶要素の材料特性、

ヒューズコンパートメントに充填されている媒体（絶縁ガス）の種類と圧力。

パルス形成プロセスの適切な有効性を確保するために上記の FF パラメータを最適に選択することは、非線形多基準解析の問題であり、この文書の目的ではありません。 選択された TSFF 動作パラメータがパルス形成プロセスに及ぼす影響の詳細な仕様に関する作業が進行中です。

TSFF の実験室テストは、パルス コンデンサ バンクによって提供される実験室用 PFS で実行されました。 成形システムは、TSFF の動作に影響を与える可能性のある追加パラメータを導入しないように、また文献に記載されている他の PFS との比較を容易にするために、無負荷状態でテストされました。

実験室用テストスタンドには、C0 = 200 µF の容量と低い内部寄生インダクタンス (100 nH 未満、短絡電流波形の測定によって推定される値) を備えたコンデンサバンクの形式のエネルギー源が含まれており、あらかじめ充電されています。 UC0 = 10 kV。 PFS のその他の要素には、トリガトロン T (電気的にトリガーされるスパーク ギャップ)、インダクタンス L = 2.2 µH のコアレス フォーミング コイル (FC)、および TSFF モデルが含まれます。 テストスタンドの概略図を図 12 に、スタンドの写真を図 13 に示します。

TSFF ベースの PFS ラボ用テスト スタンドの概略図: C0 = 200 μF - 初期電圧 UC0 = 10 kV、T トリガトロン、L = 2.8 μH に充電されたパルス コンデンサのバッテリー - フォーミング インダクタンス、VD パルス分圧器、PCM ピアソン パルス電流モニター、HV-D 高電圧ダイオード スタック。 HVCS 高電圧充電システム、TPG トリガパルス発生器、OF 光ファイバ、Ccoup 高電圧結合コンデンサ、i1、準備段階の isum 電流とヒューズの合計電流、ヒューズ両端の uF 電圧。

パルス コンデンサのバッテリーから供給される TSFF ベースの PFS ラボ用テスト スタンドの写真。 指定は図12による。

TSFF 電圧は、DC から約 100 mA までの周波数帯域幅を持つ抵抗パルス分圧器 VD を使用して測定されました。 10 MHz はグダニスク工科大学で製造、テスト、検証されています。 個々の TSFF ステージに流れる電流の測定は、適切な範囲と測定帯域を備えた広帯域ピアソン電流トランスデューサー 50、つまりピアソン電流モニター モデル 5624 (20 MHz、20 kA) およびモデル 4191 (7 MHz、50 kA) を使用して実行されました。 両方の TSFF 段の電流成分の測定を可能にするために、TSFF の準備段電流を下部ヒューズフィッティングを通して伝導する絶縁ブッシングがヒューズチャンバーの底部に取り付けられ、外部のケージ型電流経路の外側に接続されました。ヒューズコンパートメント。 このようにして、テスト中に TSFF の合計電流と準備段階の電流の両方を測定できます。 形成段階の電流波形は、2 つの測定成分間の差として数値的に決定されました。 すべての測定トランスデューサ、つまり電流トランスデューサと分圧器からの信号は、回路の各部分間に電位差が発生するため、電気的に絶縁された個別のオシロスコープ (Tektronix MSO58、DPO4104、および DPO 4054 クラス以上) を使用して記録されました。これらは、オシロスコープのチャンネル間のクロストークを最小限に抑えるために取り付けられました。

図 14、15、および 16 は、(6) で計算された電流 iF(t)、電圧 uF(t)、およびジュール積分 I2t の波形を示しています。 これらは、次のパラメータを使用した TSFF 実験室モデルの実験テストに基づいて決定されました: n1 = 8、n2 = 4、USGI = 130 kV。 これらのパラメータでは、発生する過電圧の最大値は約 100 kW に達しました。 これは、同様の電流条件および可溶要素の同様のパラメータの下で単段ヒューズを使用する PFS の場合の 2 倍以上の高さです (図 17)。

動作中の TSFF 電流 iF および電圧 uF の波形 - 実験室テストの結果。 特性値は図にマークされています。

動作中の TSFF 電流 iF および電圧 uF の波形 - 実験室テストの結果。 特性値は図にマークされています。 転流と電流制限プロセスをクローズアップします。

動作中の TSFF 電流 iF およびジュール積分 I2t 波形 - 実験室テストの結果。 特性値は図にマークされています。 転流と電流制限プロセスをクローズアップします。

動作中の TSFF とシングルステージ ヒューズ (SSF) の電流 iF と電圧 uF の波形の比較 - 実験室テストの結果。 特性値は図にマークされています。 電流制限プロセスのクローズアップ。

図 15 は、ヒューズの電流と電圧の波形を示しており、重大かつ急速な過電圧の形成につながる転流および電流制限プロセスを拡大して示しています。 電流制限ダイナミクス di/dtmax の最大絶対値は約 100 mA でした。 300kA/μs。 図 16 は、TSFF ジュール積分の波形を示しています。これに基づいて、成形段階の可溶要素の特定のプレアーク積分値とスイッチオフ積分値の近似値をプレアーク積分値の差として決定できます。 TSFF全体のI2tpと段間電流転流時の積分I2tc(スイッチオフ積分の場合は同様にI2toff)。 提示された変形例では、要素の断面積の二乗に関連する成形段階のアーク放電前の積分値とスイッチオフ積分値は次のように計算されました。

適切なスイッチオフ積分の値は、約 1 倍大きくなります。 アーク放電前の積分値より 5%。 提示された値の非常に小さな差は、形成段階の可融性要素の崩壊の非常に高い力学を証明します。 これらの値は同じ物理的意味を持つマイヤー定数と比較でき、文献で入手可能な典型的な値と比較して、このような激しい電気爆発中に成形段階の可融要素に蓄積される熱がほぼ 2 倍増加することが確認されます。 (たとえば、TSFF 準備段階または単一段階 FF 可溶要素に関して)29,38 は、以下の式 3 に示されています。 (6)。

図 17 は、2 つの FF テクノロジーのパルス形成プロセスとヒューズ電流 iF および電圧 uF 波形の形での過電圧生成の結果を比較しています: 1 段ヒューズと同じ数の可溶素子を備えた TSFF: 1 段ヒューズの場合は nSSF 、準備段階の nTSFF1 (TSFF の場合)、nSSF = nTSFF1 = 8。

実験室の結果により、提案された概念の有効性が完全に確認されました。 PFS の同じパラメータで両方の FF を動作させると、単段 FF と比較して、TSFF を使用した場合、発生する過電圧の 2.3 倍を超える増幅が達成され、それに対応してパルス幅が減少しました。 TSFFの使用により、10,000 kV/μsオーダーの過電圧パルスの急峻性を達成することが可能になりました。

TSFF ベースの PFS 実験室研究の過程で、テストは高速カメラを使用して記録され、ヒューズ、分圧器、上部フィッティングの周囲の空間における部分放電 (空気の部分イオン化) の現象を研究することができました。パルスフォーミングプロセス中のフォーミングコイルの電圧（過電圧ピーク値Umax = 740 kVの場合）。 この記録から選択したフレームを図 18 に示します。TSFF モデルの周囲の空間では電界強度が高いため、非常に高い耐電圧を備えた高純度の絶縁材料を使用する必要がありました。

パルス形成プロセス中の TSFF モデル、分圧器、およびフォーミング コイルの上部フィッティングの周囲の空間における揮発性の部分放電の図 (過電圧ピーク値 Umax = 740 kV の場合)。

2 段階成形ヒューズの実験室モデルを使用して実行されたテストでは、その設計と適切なパラメータの選択 (準備段階および成形段階の可溶要素の等価断面積と転流スパーク ギャップの電圧) が組み合わされていることを証明しました。以前に使用されていた単段 FF と比較して、PFS での電流制限のゼロへの急峻度が高く、ヒューズの電気帰還強度が大きくなります。 その結果、TSFF により、より大きな急峻さと最大値を備えた過電圧パルスの形成が可能になります。

提案された TSFF の概念と構造により、従来の 1 段 FF よりもはるかに有利な高出力パルス形成パラメータの達成が可能になります。 TSFF の物理的な動作原理とパラメータは、設計および製造された試作品を実験室条件で実施したテストで確認されています。 ヒューズカラム長さ 350 mm で 740 kV を達成しました。これは、任意の構成の 1 段 FF を使用した場合の 2 倍以上です。

実験結果（電流波形と電圧波形）に基づいて、高出力パルス形成プロセスの有効性を判断する普遍的な指標として、生成されるパルスの最大瞬時電力とシステムの電力密度を決定することができます。 。 上記のテストでは、ピーク電力は pmax ≈ 14,800 MW の値に達し、電力密度 (実験台のすべての要素を考慮した) は約 14,800 MW でした。 pmax/V ≈ 61 GW/m3。 これらの値は、追加の成形システム (pmax < 6000 MW) や従来の 1 段ヒューズを使用した PFS (同様の供給パラメータの場合 pmax < 5000 MW) を使用した場合でも、たとえばマルクス発電機を使用した場合よりも大幅に大きくなります。

表 2 は、入手可能な文献情報源の分析に基づいて収集された、コンパクト成形システムのさまざまな技術で得られるパラメーターを示しています。 異なる技術の生成および形成システムのパラメータを比較するため、この比較は本質的に説明的なものです。

TSFFを使用する場合、前世代のステージより並列可溶素子の数（準備ステージとフォーミングステージに比例）を増やし、入力電流を増やすことによってシステムをスケールすることが可能であることにも注意してください。 他の技術 (単段 FF を含む) とは異なり、TSFF は、スーパーキャパシタなどの電流上昇急峻性が大幅に低減された電流源で動作できるため、重大な過電圧を形成する能力を失うことなく、幅広い電流源を使用できる可能性を提供します。銀行または FCG。

TSFF 技術の開発に関する高度な作業が現在進行中であり、これには多数の実験室テストやシミュレーション研究が含まれます。 TSFF は、主に高エネルギー密度の電流源 (例: 電流およびエネルギー増幅現象用の FCG) のアプリケーションおよび統合に向けて、大きな開発の可能性を秘めています。 このような重大な過電圧を非常に小さな体積で得られるため、大幅な電力とエネルギー密度が得られ、主に指向性エネルギー、対ドローン システム、電磁両立性試験、または高電力源を必要とする実験室研究の分野で新たな応用の可能性が生まれます。パルス。

同時に、これまでは達成できなかった可融性要素の崩壊のダイナミクスが得られたことで、金属の急速な相変化中に起こるプロセスをより深く理解できる可能性があります。

現在の研究で使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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著者は、グダニスク工科大学電気制御工学部の財政的支援に感謝したいと思います。 著者はまた、研究中の臨床検査における貴重な実質的な援助と支援をくださった研究チームメンバー：カジミエシュ・ヤクビウク教授、ミロスワフ・ヴォウォシン教授、マレック・ピコン博士、ユゼフ・チュチャ博士、ダニエル・コワラク博士、ボリス・セメノヴィッチ博士に感謝したいと思います。 。

グダニスク工科大学電気制御工学部、80-233、グダニスク、ポーランド

ニコラス・ノワク

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MN は原稿の唯一の著者であり、すべての内容、調査、グラフィックスを準備し、責任を負います。

通信はミコワイ・ノヴァクです。

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転載と許可

Nowak, M. 高出力パルス形成用の新しい 2 段階ヒューズのコンセプト。 Sci Rep 12、18176 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-23145-5

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受信日: 2022 年 6 月 27 日

受理日: 2022 年 10 月 25 日

公開日: 2022 年 10 月 28 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23145-5

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