Шелест гранаты. Издание второе, переработанное и дополненное

Многое зависит и от длительности импульса воздействующего РЧЭМИ. Пришлось вспомнить уравнение теплопроводности и эксперименты в НИИВТ по отжигу пластин из кремния. Рассуждения были таковы. Пусть весь тепловой эффект от токового импульса реализуется в области р-п перехода (размеры которого — около микрона). Энергия импульса бесконечно малой длительности (такой, что повышение температуры кремния на расстоянии, сравнимом с микроном, пренебрежимо), нагревающего до данной температуры пластину данной площади, принималась равной единице. Если же энергия выделяется на той же глубине, но в течение большего времени, то существенной становится теплопередача и для достижения той же температуры нагревать придется уже не микронный слой кремния, а и близлежащие слои, что ведет к снижению кпд. Понятно, что от абсолютной величины температуры результаты расчетов не зависят, но, для справки — эта величина должна быть достаточно большой, скажем — 1200 К; этот уровень соответствует плавлению кремния, изменение фазового состояние приводит к растрескиванию р-п перехода, то есть — имеет место необратимый выход полупроводникового элемента из строя.

Профили температуры были рассчитаны и получена зависимость кпд различных временных режимов облучения, из которой следовало, что режимы более длительные, чем единицы микросекунд, неэффективны (рис. 5.26).

Рис. 5.26

Сверху — распределение температур в кремнии при различных режимах тепловыделения в слое микронной толщины (длительность тепловыделения указана).

Пусть весь тепловой эффект сосредоточен в области р-n перехода (размеры которого — около микрона). Тогда импульс бесконечно малой длительности (при которой повышение температуры кремния на расстоянии, сравнимом с микроном, пренебрежимо), нагревающий до температуры, к примеру, 1400 градусов пластину данной площади, должен иметь определенную энергию, которая при дальнейших расчетах принималась равной единице (100 %-ный кпд). Величина 1400 градусов упомянута потому, что этот уровень соответствует плавлению кремния, а изменение фазового состояния приводит к растрескиванию структуры, то есть имеет место необратимый выход полупроводникового элемента из строя. Если же энергия выделяется на той же глубине, но в течение большего времени, существенным становится теплоотвод и для достижения той же температуры нагревать придется уже не микронный слой кремния, а и близлежащие слои, что снижает кпд.

Снизу — относительные эффективности различных временных режимов облучения.

К тому же, уменьшение времени генерации РЧЭМИ позволяет «пропустить» через воздух, избежав его пробоя, большие плотности его энергии или мощности — это тоже важно, почему — будет объяснено через раздел.

Ударно-волновые источники, как формирующие короткие (менее наносекунды) импульсы РЧЭМИ, предпочтительны с точки зрения эффектов их воздействия на цели. С другой стороны, ВМГЧ значительно более прост в производстве, дешев, и надежен. Энергия генерируемого РЧЭМИ в ВМГЧ линейно зависит от начальной энергии зарядки конденсатора и не требуется «ловить» оптимум энергообеспечения.

Очень хотелось совместить положительные качества ВМГЧ с использованием задела, полученного столь тяжелым трудом. Имплозивный магнитный генератор частоты (ИМГЧ) воплощал такую попытку. В нем (рис. 5.27) детонационная разводка ИМГЧ формирует при срабатывании не цилиндрическую, а тороидальную детонационную волну, а вместо рабочего тела из монокристалла на оси лайнера размещен излучающий при срабатывании индуктивно-емкостной контур. При сжатии лайнером магнитного поля происходит процесс, подобный таковому в трансформаторе. Во внутренней катушке при ударе лайнера скачком изменяются и ток и напряжение, а последующее замыкание витков добавляет энергию, которую тут же расходуют излучение и другие виды потерь. На подобном умножении магнитного потока основано получение сверхбольших коэффициентов усиления энергии. В. Демидов, получивший в одном из созданных им СВМГ магнитную энергию, более чем в миллион раз превышавшую начальную, помог автору советами по реализации этого метода для ИМГЧ.

Рис. 5.27

Иллюстрации, поясняющие работу имплозивного магнитного генератора частоты (ИМГЧ):

а — схема генератора: внутри соленоида 1, которому после подрыва кольцевого заряда взрывчатки 2 суждено стать лайнером, располагается катушка 3, а внутри нее — два последовательно соединенных конденсатора 4 (второй из них не виден);

б — фотография «излучающей» катушки с индуктивно — емкостным контуром внутри;

в — осциллограмма производной тока в контуре катушки после удара по ней лайнера. Колебания тока носят довольно причудливый, не похожий на косинусоиду, характер, а это значит, что в них велика доля «быстрых» гармоник.