JPH043896A - レールガン型電磁加速装置のプラズマ電機子形成方法および装置 - Google Patents

レールガン型電磁加速装置のプラズマ電機子形成方法および装置

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JPH043896A
JPH043896A JP2102401A JP10240190A JPH043896A JP H043896 A JPH043896 A JP H043896A JP 2102401 A JP2102401 A JP 2102401A JP 10240190 A JP10240190 A JP 10240190A JP H043896 A JPH043896 A JP H043896A
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州 薄葉
Youzou Kakudate
洋三 角舘
Masanori Yoshida
正典 吉田
Katsutoshi Aoki
青木 勝敏
Hiroshi Yamawaki
浩 山脇
Shuzo Fujiwara
修三 藤原
Masahiro Miyamoto
宮本 昌広
Akira Kubota
彰 久保田
Minoru Den
田 実
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レールガン型電磁加速装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
電磁力を用いて巨視的な物体を高速に加速するレールガ
ン型電磁加速装置(以下レールガンと呼ぶ)は、火薬の
燃焼ガスや高圧ガスの膨張力を用いる方式では達成が困
難な、秒速10km/s以上の飛翔体速度を得ることが
可能とされ、近年注目されている。
レールガンの電機子のための材料としては、固体金属と
プラズマの2種類が用いられているが、特にプラズマ電
機子を用いる方式は、重量が数グラムの小型飛翔体を超
高速に加速する場合に主として採用され、例えば、物質
同志の衝突により1000万気圧以上の衝撃超高圧力を
発生させるための加速装置として、また宇宙空間におけ
る陽石衝突問題のシミュレーション装置として、さらに
は核融合炉への固体水素燃料ペレット打ち込み装置等へ
の利用が期待され、実用化へ向けての開発が盛んに行な
われている。
レールガンの研究開発とその利用技術に関しては、IE
EE Transactions on Magnet
ics、 vol、Mag20、No、2(1984)
、 vol、 Wag−22,No、(1986)、及
び、vol、25. No1(1989)の諸論文に紹
介されている。
プラズマ電機子を用いるレールガンの加速原理および構
造を第3図fa)、(blに示した。2本のレール状電
極1間の加速孔2内に絶縁物の飛翔体3を設置し、その
背後にプラズマ電機子形成用の金属板あるいは金属箔4
を設置して、2本のレール電極間が電気的に接触するよ
うにする。この状態でキャパシターバンク等の生霊B 
5を2本のレールに接続しスイッチ6を閉じて電源電圧
を付加すると、第3図(blのように金属板あるいは金
属箔は大電流によりプラズマ化する。このプラズマ7は
し・−ル間の電流を保ちつつ、電磁誘導の法則による電
磁力を受けて飛翔体に力を及ぼし加速する。このプラズ
マ7は、飛翔体と共に移動して常に飛翔体背後に位置す
る電機子としての役割を果たし、電流の2乗に比例する
力で飛翔体を加速し続ける。
レールガンによる飛翔体加速においては、加速初期の飛
翔体速度が遅い時点で、レール電極表面に著しい損傷が
生じる。これは加速初期においてはプラズマ電機子の移
動速度が遅く、レール電極表面の狭い領域に大電流が集
中してしまうためである。レール電極表面の損傷は加速
孔の断面形状を機械的に変形させるのみならず、プラズ
マ電機子の質量増加をもたらし加速効率を低下させる。
そのため、N if!加速する飛翔体をあらかじめ他の
方法で初期加速し、電磁加速初期のプラズマ電機子の移
動速度をできるだけ増して、レール表面の損傷を軽減さ
せる方式が一般化している。この場合、初期加速されて
レールガン内に入射した飛翔体の背後にプラズマ電機子
を形成することが必要であり、その方法として、 (1)絶縁物の飛翔体の背面にあらかじめ金属箔等のプ
ラズマ形成材料を接着しておき、金属箔が飛翔体と共に
レールガンに入射してレール電極間を短絡した時点で、
レール電極間に主inの電圧を荷して金属箔をプラズマ
化する方法(例: S、USUB^KJONDO,S、
  5AWAOKA、IEEE  Transacti
ons  on  Magnetics、 vol、M
ag−20+ No、2+ p260(1984))と
、(2)レールガン加速孔内の絶縁体表面上に付加的な
一対の点電極を露出させ、その位置を飛翔体が通過した
後に、高圧電源を用いて点電極間にスパークを起こさせ
、それと同期してレール電極間に主電源の電圧を荷して
、その場所でのレール電極間の絶縁破壊を誘起しアーク
放電を開始させる方法(例: R,S、HAWKE、e
t、al、IEEE Transactions on
Magnetics、vol、25.p219(198
9))がある。
上記(11は、簡便な方法ではあるものの、金vI4F
5によるレール電極間の短絡が確実性に乏しく、短絡が
不十分なままでレール電極間に主電源の電圧を荷すると
、レールガンの他の個所で異常放電を起こす可能性があ
る。その対策として、金属箔によるレール電極間の短絡
を検出し、小電源を用いて金属箔を一旦プラズマ化した
後に主ft源の電圧を荷すという方法が報告されている
が(Il、S、HAWKEet、al、IEEE Tr
ansactions on Magnetics、v
ol、Mag22、No、6.p1510(1989)
) 、これは金属箔による短絡を確実化するものではな
く、また複雑な短絡検出回路および付加的電源回路を要
するという欠点がある。
(2)の方法は、飛翔体背面に金属箔等を接着する必要
が無いため、例えば複数の独立したレールガンを連結し
て多段階に電磁加速を行なう場合に、各レールガンにお
けるプラズマ電気子の発生方法としても利用できる。し
かし、+11の場合と同様に付加的な電源回路を必要と
し、またスパークを発生させてから主Ti1l電圧をレ
ール電極間に荷すまでの遅延時間を、精密に制御する必
要がある。さらに、加速孔内に付加的電極が存在するた
め、その位置でのレール電極間の耐電圧が低下し、電磁
加速中に再点弧プラズマが発生する原因になる可能性が
ある。この再点弧プラズマの発生は、電磁加速の効率を
急激に低下させる原因と考えられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、レールガンのプラズマ電機子形成における従
来技術の上記課題を解消して、簡単な回路を用いて、飛
翔体の背後にプラズマ電機子を確実に形成できる方法と
、これを用いたレールガン型tM1加速装置を提供しよ
うとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
前記課題を解決するため、発明者らは鋭意研究を重ねた
結果、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明の構成は、レールガンと、加速電流を
供給するための大電流ti <スイッチングシステム、
クローバ−回路を含む)からなる回路において、新たに
線爆発回路をレールガンと並列に接続して、その線爆発
部を片方のレール電極内部の空洞内に設置し、1isi
t圧が付加されると同時に空洞内に発生する線爆発プラ
ズマをレール電極表面の細孔を通して加速孔内部に吹き
込み、レール電極間の特定の場所にアーク放電を生じさ
せることにより、加速孔内部に付加的な電極を設置する
ことなく、なおかつ付加的な電源及びスイッチングシス
テムを用いることなしに、金X箔等のプラズマ形成材料
があらかじめ存在しない加速孔内の特定の場所にプラズ
マ電機子を形成することを可能にした、レールガンのプ
ラズマ電機子形された線爆発回路の使用により、問題が
解決された0図面を参照して具体的に説明すると、第1
図(81は本発明の代表的な例である。線爆発回路の線
爆発部は金属の細線8で、片方のレール電極内部の空洞
9内に設置され、この細線の一端は空洞内面に接触し、
他端は抵抗体10を介してもう一方のレールに接続され
ている。空洞は細孔11を介して加速孔とつながってい
る。第1図(blのように主電源のスイッチ6を閉じて
電圧をレールガン及び線爆発回路に荷すると、主itt
源からの電流■はまず線爆発回路8.10に流れ、細線
8は線爆発によりプラズマ化する0発生したプラズマ1
2は細孔を通って加速孔内へ高速に吹き込まれ、それと
同時に線爆発回路両端の電圧がレール電極間に荷せられ
る。
吹き込まれたプラズマの先端が加速孔内の反対側のレー
ル電極面に到達するとレールtitFfA間の絶縁が破
壊され、第1図tc+のように主7:Xiiからの電流
は線爆発回路からレール電極間のアーク放電へと急速に
移行し、このアーク放電プラズマ13は1を磁力を受け
て加速されプラズマ電機子としての役割を果たすように
なる。411!爆発回路に通電を開始してからレール電
極間のアーク放電が発生するまでの遅延時間は本発明に
とって重要な特性であり、線爆発部の細線の直径、空洞
の容積、細孔の直径に大きく依存する。この遅延時間は
]OI3以下が要求され、そのため線爆発回路の細線と
しては直径0.1 m程度の金属細線、空洞の容積は数
n’、また細孔の直径は1〜21が望ましい、また線爆
発回路両端に発生する電圧は、上記の遅延時間のみなら
ずアーク放電開始後の線爆発回路を流のアークT!1流
への移行速度にとって重要であり、500 V以上3k
V以下が要求される。そのため線爆発回路の抵抗体とし
ては数百mΩが望ましい。
〔実施例〕
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
第1図(δ)に示す方法において、全長駒300fiの
レールガンと6kVに充電された1500μFのキャパ
シターバンクを用いてプラズマ電機子の形成実験を行な
った。線爆発部として直径0.1mの銅細線を、抵抗体
として200mΩを用いた。細孔の直径は1,5fl、
空洞部の体積は細孔を含めて約5鶴3である。両レール
電極間の距離は14鶴である。キャパシターの放[電流
とvA爆発回路電流をそれぞれ独立に測定し、またレー
ルガン内部におけるプラズマ電機子の形成および加速の
様子は、プラズマからの発光を加速孔に沿って設置され
た光プローブを用いて観測することにより評価した。
その結果、第2図に示すような結果が得られた。
放電開始とともに全電流14はまず線爆発回路に流れ、
[1発によって発生したプラズマは細孔を通って加速孔
内に吹き込まれる。この現象は細孔付近に設置された光
プローブからの信号16の初期の小さなピークから確認
できる。約10 as後、電流債が約20kAに達した
時点でレール電極間の細孔のある場所で新たなアーク放
電が発生し、それとともに線爆発回路の電流は急速に減
衰し、全電流はアーク放電を流へ急速に移行する。各位
1の光プローブ信号16.17.18,19.20から
れかるように、アーク放電プラズマは約2.5〜3.0
km / sの速度で移動するプラズマ電機子になって
いることがわかる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにレールガンと並列に接続された線爆
発回路を使用する本発明の方法により、プラズマ形成材
料が存在しないレールガン加速孔内に、付加的な電極や
付加的な[fi及びスイッチシステムを用いることなく
、容易、かつ再現性がきわめて良好にプラズマ電機子の
形成を行なうことができる。又、本発明は複数のレール
ガンを用いて多段の電磁加速を行なう場合において、各
し一ルガンのプラズマ1ifIi子の形成方法及びこれ
を用いたレールガン型iitM!L加速装置としても有
効に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (bl 、 (c)は、本発明の詳
細な説明す撮 るための模式図、第2図は実施例の結果を示す売F図 わであり、第3図(al、(blは従来の技術を説明す
るための模式図である。 l:レール電極、2:加速孔、3:飛翔体、4:プラズ
マ形成材料、5:主1tS、6:スイッチ、7:プラズ
マ電機子、8:線場発部の金属細線、9:空洞、10:
抵抗体、11:細孔、12:線爆発プラズマ、13:ア
ーク放電プラズマ (プラズマ電気子)、14:全電流
、15:線爆発回路i流、16〜20:各光プローブか
らの信号。 代理人frJx士 山 口  JL  i’−、’、シ
\′−;゛ 、1ノ1.”−1−ノ 第 1. 7 T1−糧II+!−bs)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)レールガン型電磁加速装置と、加速電流を供給する
    ための大電流電源(スイッチングシステム、クローバー
    回路を含む)からなる回路において、新たに線爆発回路
    をレールガン型電磁加速装置と並列に接続して、その線
    爆発部を片方のレール電極内部の空洞内に設置し、電源
    電圧が付加されると同時に空洞内に発生する線爆発プラ
    ズマをレール電極表面の細孔を通して加速孔内部に吹き
    込み、レール電極間の特定の場所にアーク放電を生じさ
    せることにより、金属箔等のプラズマ形成材料があらか
    じめ存在しない加速孔内の特定の場所に、プラズマ電機
    子を形成することを特徴とする、レールガン型電磁加速
    装置のプラズマ電機子形成方法。 2)加速電流を供給する大電流電源を有するレールガン
    型電磁加速装置において、この電磁加速装置が、レール
    ガン型電磁加速装置と並列に接続され、いずれか一方の
    レール電極内部の空洞内に設けられ電源電圧の付加によ
    り加速孔内にプラズマ電機子を形成させる線爆発部とか
    らなる線爆発回路を備えたことを特徴とするレールガン
    型電磁加速装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10278761B2 (en) 2011-02-28 2019-05-07 Ethicon Llc Electrical ablation devices and methods

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