Введение к работе
Диссертация посвящена разработке системы импульсного питания источников накачки мощного йодного лазера установки ИСКРА-5 и исследованию ряда научно-технических электрофизических вопросов, связанных с созданием и эксплуатацией системы импульсного питания.
Актуальность работы.
В 1975-1988годах в РФЯЦ-ВНИИЭФ создана лазерная установка ИСКРА-5. На установке выполнен и проводится широкий комплекс теоретических и экспериментальных исследований в области лазерного термоядерного синтеза, а также для решения ряда вопросов оборонной направленности.
По совокупности достигнутых параметров (Ел=30кДж, t„Mn=0.25Hc, Рл=120ТВт) установка является крупнейшей в Европе и одной из самых мощных в мире.
Проектирование установки ИСКРА-5 определило актуальность работы по созданию системы импульсного питания, предназначенной для обеспечения электрической энергией импульсных источников света, используемых для накачки рабочей среды лазерных усилителей. Система импульсного питания является одной из наиболее ответственных, дорогостоящих и технически сложных подсистем лазерной установки.
Цели и задачи работы.
Основной целью данной работы являлась разработка и экспериментальное исследование системы импульсного питания (ИП) источников накачки мощного йодного лазера установки ИСКРА-5, реализация найденных технических решений и воплощение проекта системы ИП в реально действующую лазерную систему.
Для достижения этой цели было необходимо решить следующие основные задачи::
-
Разработать структурную схему системы ИП, согласующуюся с требованиями системы накачки усилителей и с алгоритмом работы всей установки в целом.
-
Определить требования к подсистемам, составляющим систему ИП: системе накопления энергии, системе коммутации, системе источников света, системе синхронизации, системе заряда, системе управления, системе диагностики.
-
Выработать требования к основным элементам подсистем, проанализировать состояние современной элементной базы, выполнить комплекс экспериментальных исследований по изучению и отработке элементов, не выпускаемых промышленностью.
-
Экспериментально исследовать характеристики и работоспособность подсистем ИП на созданной элементной базе.
-
Проанализировать и выбрать наиболее эффективные технические решения, обеспечивающие работу системы ИП с требуемой надежностью.
-
Обеспечить электромагнитную совместимость с системой ИП других устройств, разработанных различными организациями.
-
Провести цикл пуско-наладочных работ отдельных каналов и всей установки в целом.
-
Реализовать мероприятия, обеспечивающие ожидаемые технические характеристики системы ИП на этапе ее эксплуатации.
Новизна работы, представленной в диссертации, состоит в том, что впервые создана система импульсного питания на основе конденсаторной батареи, запасающей энергию 67.2МДж при рабочем напряжении 50кВ, с временем разряда в нагрузку 10-35мкс, не имеющая аналогов по совокупности параметров в России и в мире.
Практическая значимость работы состоит в том, что с созданием такой системы ИП стала возможной надежная работа установки ИСКРА-5 - одной из крупнейших лазерных установок мира, после чего российские исследования в области взаимодействия лазерного излучения с веществом перешли на более высокий научный уровень. В процессе разработки узлов и элементов системы импульсного питания были созданы
новые высоковольтные элементы: конденсаторы КМКИ-70-0.5, кабели КВИМ, искровые управляемые разрядники высокого давления различных модификаций, высоковольтные переключатели, малоиндуктивные высоковольтные разъемы и т.д. Разработана новая технология проведения пуско-наладочных работ конденсаторной батареи с запасаемой энергией свыше бОМДж. Методология разработки системы ИП установки ИСКРА-5 может быть использована при разработке аналогичных и более крупных конденсаторных батарей проектируемых в настоящее время установок в России и в мире.
Личный вклад автора в представленную работу выразился:
в непосредственном творческом участии в разработке и экспериментальном исследовании элементной базы, отдельных подсистем и в целом системы импульсного питания;
в проведении пуско-наладочных работ системы импульсного питания и исследований, направленных на получение проектных технических характеристик;
в непосредственном участии и в научном руководстве коллективом лаборатории при проведении экспериментальных исследований с использованием системы импульсного питания,
анализе ее работоспособности и обсуждении получаемых в проводимых опытах экспериментальных данных.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на 5-й Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, гЛенинград, 1990 г., международных конференциях IEEE Intern. Pulsed Power Conf., Albuquerque, USA 1995, IEEE Intern.Conf."Beams-96" Prague, Chesh Resp. 1996 (было сделано 8 докладов), научных семинарах ВНИИЭФ.
По результатам исследований выпущено 19 научно-исследовательских отчета ВНИИЭФ, опубликовано 7 статей.
Из представленных в диссертации результатов автор выносит на защиту следующие положения:
-
Разработка и создание мощной системы импульсного питания для лазерной установки ИСКРА-5 с рекордными параметрами (запасаемой электрической энергией 67МДж при рабочем напряжении 50кВ, с временем ввода энергии в нагрузку 10-35мкс).
-
Результаты исследований электрофизических характеристик электроразрядных источников света, позволившие обеспечить их работу в групповом режиме (синхронно срабатывают 576 источников) и существенно увеличить ресурс их работы от 5-Ю до 200 срабатываний.
-
Результаты разработки и исследований искровых газовых разрядников в одиночном и в групповом режимах работы, позволившие увеличить ресурс разрядника с 500 до 5000 срабатываний при коммутируемом токе около ЗООкА и рабочем напряжении 50кВ.
-
Разработка и реализация комплекса мер для обеспечения электромагнитной совместимости при работе различных систем установки.
Объем и структура.
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 174 страницах. Кроме того диссертация содержит 68 рисунков, 23 таблицы и 7 страниц списка литературы, включающего 123 наименования работ.
