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.

Отдел импульсной техники СО РАН

В отделе импульсной техники под руководством академика Б.М.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.