مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

مطالعه تجربی رفتار سیم‌های زودگداز و دیرگداز در سامانه تخلیه الکتریکی پالسی 1 کیلوژول

نوع مقاله : مقاله فنی

نویسندگان

مریم اکبری نساجی
رضا امرالهی
مرتضی حبیبی

دانشکده فیزیک و مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صندوق پستی: ۴۴۱۳ -۱۵۸۷۵، تهران- ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2024.1600
چکیده
در این مقاله به مطالعه تجربی رفتار سیم‌های انفجاری زودگداز (مس- نیکل) و دیرگداز (تنگستن) در سامانه‌های تخلیه الکتریکی پالسی پرداخته شده است. انرژی سامانه 1 کیلوژول و طول سیم 4 سانتی‌متر و قطر آن 200 میکرومتر در نظر گرفته شده است. جهت مطالعه رفتار سیم‌­ها، پارامترهای الکتریکی جریان و ولتاژ تخلیه الکتریکی و موج شوکی بررسی شده است. در سیم‌­های زودگداز جریان به صورت پریودیک برقرار می‌­شود و دارای دو قله است. در سیم­‌های دیرگداز دو قله جریان به فاصله زمانی بیشتری تشکیل می­‌شوند که نشان می‌­دهد سطح انرژی 1 کیلو ژول برای تغییر حالت و ایجاد پلاسما در این نمونه از سیم‌ها کافی نبوده است. نهایتاً با شرایط فعلی آزمایش و مقایسه نتایج تجربی دیده می‌شود که سیم‌­های زودگداز نسبت به نمونه‌­های دیرگداز موج شوکی قوی­‌تری را ایجاد می‌­کنند. مقدار این فشار در سیم زودگداز (مس- نیکل) 8/5 مگا پاسکال و در سیم دیرگداز (تنگستن) 6 مگا پاسکال است. همچنین جریان تخلیه الکتریکی برای سه سیم مس- نیکل با قطرهای 100، 200 و 300 میکرومتر را با هم مقایسه کردیم و از لحاظ تجربی مشاهده کردیم جریان تخلیه الکتریکی در سیم با قطر ضخیم­‌تر بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

سامانه پلاسمای پالسی
موج شوکی
سیم انفجاری
تخلیه الکتریکی

عنوان مقاله English

Experimental study of the behavior of refractory and non-refractory metals in the 1kJ pulse electric discharge system

نویسندگان English

M. Akbari Nasaji
R. Amrollahi
M. Habibi
Department of Physics and Energy Engineering, Amirkabir University of Technology, P.O. Box: 15875-4413, Tehran – Iran
چکیده English

We are studying the experimental behavior of non-refractory and refractory wires in the 1 kJ pulsed electrical system. This article discusses the experimental study of non-refractory (copper-nickel) and refractory (tungsten) explosive wires in pulsed electric discharge systems. The system energy is 1 kJ, the wire length is 4 cm, and its diameter is 200 μm. To study the behavior of the wires, the electrical parameters of current and voltage of electric discharge and shock waves have been investigated. In non-refractory wires, the current is periodic and has two peaks. In refractory wires, two current peaks are formed at a longer time interval. This shows that the energy level of 1 kJ was not enough to change the state and create plasma in this sample of wires. Finally, under the current test conditions and comparison of the experimental results, it can be seen that the non-refractory wires create a more substantial shock wave than the refractory samples. This pressure is 8.5 MPa in non-refractory wire (copper-nickel) and 6 MPa in refractory wire (tungsten). Also, we compared the electrical discharge current for three copper-nickel wires with diameters of 100, 200, and 300 micrometers and experimentally observed that the electrical discharge current is higher in the wire with a thicker diameter.

کلیدواژه‌ها English

Pulse plasma system
Shockwave
Wire explosion
Electrical discharge
  1. Han R, Wu J, Qiu A, Ding W, Zhang Y. Electrical explosions of Al, Ti, Fe, Ni, Cu, Nb, Mo, Ag, Ta, W, W-Re, Pt, and Au wires in water: A comparison study. Journal of Applied Physics. 2018;124(4): 043302.

 

  1. Han R, Wu J, Zhou H, Zhang Y, Qiu A, Yan J, Ouyang J. Experiments on the characteristics of underwater electrical wire explosions for reservoir stimulation. Matter and Radiation at Extremes. 2020;5(4):047201.

 

  1. Lee Y.S, Bora B, Yap S.L, Wong C.S. Effect of ambient air pressure on synthesis of copper and copper oxide nanoparticles by wire explosion process. Current Applied Physics. 2012;12(1):199-203.

 

  1. Lebedev S.V, Mitchell I.H, Aliaga-Rossel R, Bland S.N, Chittenden J.P, Dangor A.E, Haines M.G. Azimuthal structure and global instability in the implosion phase of wire array Z-pinch experiments. Physical Review Letters. 1998;81(19): 4152.

 

  1. Krasik Y.E, Fedotov A, Sheftman D, Efimov S, Sayapin A, Gurovich V.T, Oreshkin V.I. Underwater electrical wire explosion. Plasma Sources Science and Technology. 2010;19(3):034020.

 

  1. Dennen R.S, Wilson L.N. Exploding Wires, Edited by WG Chace and HK Moore. 1962.

 

  1. Karioris F.G, Fish B.R, Royster G.W. Aerosols from exploding wires. In Exploding Wires. Springer, Boston, MA. 1962;299-311.

 

  1. Lakhani E. Design of exploding wire system. University of California, San Diego. 2018.

 

  1. DeSilva A.W, Katsouros J.D. Electrical conductivity of dense copper and aluminum plasmas. Physical Review E. 1998;57(5):5945.

 

  1. Barbaglia M.O, Rodriguez Prieto G. Electrical behavior of exploding copper wire in ambient air. Physics of Plasmas. 2018;25(7):072108.

 

  1. Liu B, Wang D, Guo Y. Influence of water conductivity on shock waves generated by underwater electrical wire explosion. Physics Letters A. 2018;382(1):49-54.

 

  1. Jafari H, Habibi M. High-voltage charging power supply based on an LCC-type resonant converter operating at continuous conduction mode. IEEE Transactions on Power Electronics. 2019;35(5):5461-5478.

 

  1. Jafari H, Habibi M, Eta'ati G.R. Design and construction of a very low energy plasma focus, operating at repetitive discharge mode and pinching evidences. Physics Letters A. 2017;381(34):2813-2820.

 

  1. Jafari H, Habibi M. Stability assessment and operating parameter optimization on experimental results in very small plasma focus, using sensitivity analysis. Physics Letters A. 2018;382(15):1031-1039.

 

  1. Nasaji M.A, Amrollahi R, Habibi M. Experimental and numerical investigation on electrical wire explosion in pulse plasma systems. Physica Scripta. 2023;98(2):025611.

 

  1. Han R, Wu J, Qiu A, Zhou H, Wang Y, Yan J, Ding W. A platform for exploding wires in different media. Review of Scientific Instruments. 2017;88(10):103504.

 

  1. Yu Qing, Hui Zhang, Ruizhi Yang, Zhixiang Cai, Kerou Liu. Experimental and numerical study on the effect of electrohydraulic shock wave on concrete fracturing. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022:110685.

صفحه اصلی