Пинч-эффект

Пинч – эффект - (англ. pinch — сужение, сжатие) — эффект сжатия токового канала под действием магнитного поля, индуцированного самим током. Сильный ток, протекающий в плазме, твёрдом или жидком металле создаёт магнитное поле. Оно действует на заряженные частицы (электроны и/или ионы), что может сильно изменить распределение тока. При больших токах сила Ампера проводит к деформации проводящего канала, вплоть до разрушения. В природе наблюдается в молниях.

Механизм эффекта

Механизм П--э. можно рассмотреть на примере z-пинча. Силовые линии магн. поля В, создаваемого током, имеют вид концентрич. окружностей, плоскости к-рых перпендикулярны оси. Возникающая электро-динамич. сила F, действующая на единицу объёма проводящей среды с плотностью тока j, равна с-1 [jВ], направлена по радиусу к оси цилиндра и вызывает сжатие токового канала. Сжимающее действие протекающего тока можно считать также простым следствием закона Ампера о магн. притяжении отд. параллельных токовых нитей с одинаковым направлением, создающих полный ток J.

При описании П--э. в терминах магн. гидродинамики для случая идеально проводящей среды объёмная электродинамич. сила F может быть заменена на поверхностное магн. давление pмагн = к-рому в случае П--э. в металлич. проводниках противодействует сила упругости, а при сжатии газоразрядной плазмы - газокинетич. давление, обусловленное тепловым движением частиц - ионов и электронов.

При нек-рой величине тока магн. давление на поверхности подвижной, легко сжимаемой газовой среды (плазмы) может стать больше газокинетического и токовый канал начнёт уменьшать своё сечение - возникает П--э.

Реализация

Плазмотроны, создающие струи плотной низкотемпературной плазмы, широко применяются в различных областях техники: в частности, с их помощью режут и сваривают металлы, наносят покрытия. Одним из примеров применения эффекта в низкотемпературной плазме является ртутный выпрямитель, а также генераторы низкотемпературной плазмы.

Если электрическую дугу пропускать через охлаждаемое сопло и одновременно обдувать газом, то дуга сжимается, причем на границе электрического разряда наблюдается интенсивный теплообмен и деионизация.

Происходит сжатие столба дуги, и усиливается сжимающее действие собственного магнитного поля дуги. В результате увеличивается напряженность электрического поля разряда, электрическая мощность, выделяющаяся в единице объема столба дуги. Температура по оси дуги повышается и может достигать величин, характерных для низкотемпературной плазмы, т.е. 20ё50 тыс. К. При рассмотрении одномерного тока направленного вдоль оси цилиндра (z-пинч), магнитное поле имеет только угловую компоненту , что позволяет удерживать траектории заряженных частиц вблизи оси цилиндра. По закону Ампера: в цилиндрических координатах.

Отдел импульсной техники СО РАН

В отделе импульсной техники под руководством академика КОВАЛЬЧУКА разрабатываются крупнейшие электрофизические установки для фундаментальных исследований и отработки новых технологий. В их числе тераваттные генераторы ГИТ-12 и ГИТ-4, десятки других универсальных и специализированных устройств.

Со второй половины 90-х годов в отделе ведется разработка индукционных генераторов нового поколения - LTD-генераторов. Их мощность настолько велика, что позволяет им включаться на физическую нагрузку без использования дополнительных ступеней компрессии энергии. Исследователи США, Франции и Великобритании рассматривают такой подход как наиболее перспективный для строительства импульсных радиографических установок, и сверхмощных генераторов для инерциального термоядерного синтеза на основе Z-пинча.

Б.М. Ковальчук

Бори́с Миха́йлович Ковальчу́к (р. 10.04. 1940г., г. Магнитогорск) — российский физик, специалист в области сильноточной импульсной техники, создатель ряда сильноточных ускорителей и импульсно-энергетических установок национального и международного масштаба, академик РАН. Диапазон научных интересов Б.М. Ковальчука широк. В 1967г. был создан ускоритель с током 10 кА и энергией электронов 500 килоэлектровольт. Это был первый ускоритель в СССР. Позже интересы Ковальчука сосредоточились на коммутации больших импульсных токов и генерировании мощных высоковольтных импульсов. Б.М. Ковальчук работал над созданием энергетики для сверхмощных лазеров. Наиболее крупной разработкой Ковальчука является система питания высокочастотных устройств для релятивистской высокочастотной электроники. Он разработал быстрые генераторы Маркса, которые были уникальными установками в мире. Ковальчуком и его сотрудниками разрабатывается принципиально новая элементная база для создания импульсно-энергетических установок тераваттной мощности на основе генераторов Аркадьева-Маркса и линейных импульсных трансформаторов. Эти работы ведутся в тесной кооперации с иностранными учеными из Франции и США. Во многом благодаря усилиям Ковальчука Россия является сегодня мировым лидером в области импульсной энергетики.