ЕНЕРГЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕЛЕКТРИЧНОГО ВИБУХУ ПРОВІДНИКА

B останні роки інтенсивно розвивається технологія отримання нанопорошків, яка базується на явищі електричного вибуху провідників (ЕВП). За своєю природою ЕВП, як метод отримання нанопорошків, поєднує в собі ознаки обох підходів (провідник руйнується під дією електричного струму і методів випаровування-конденсації - значна частина матеріалу провідника в процесі електровибуху переходить в газоподібний стан).

Під електричним вибухом провідників розуміють різку зміну фізичного стану металу в результаті інтенсивного виділення в ньому енергії при пропусканні імпульсу струму великої густини ( > 10⁶ А/см²), що призводить до порушення електропровідності і супроводжується виділенням продуктів диспергування, генерацією ударних хвиль і електромагнітного випромінювання [1]. В процесі електровибуху матеріал провідника знаходиться в екстремально нерівноважних умовах, пов'язаних з швидким нагрівом металу і наступним швидким охолодженням продуктів диспергування при наявності електричного і магнітного полів, інтенсивним тепло- і массопереносом, іонізацією, дифузією.  Завдяки такаим процесам нанодисперсні метали мають ряд незвичайних властивостей в порівнянні з НМ, отриманими іншими способами.

При електричному вибуху провідників споживана електроенергія перетворюється в роботу по нагріванню матеріалу провідника в конденсованому стані, випаровуванню металу, іонізації, утворенню нових поверхонь з розривом хімічних зв'язків - розпаду металу на кластери та розльоту продуктів вибуху. Процес енерговиділення можна охарактеризувати наступними характеристиками: розрядним струмом i, падінням напруги на провіднику u, його активним опором r, потужністю N, енергією W, введеної в провідник до моменту часу t.

Введена в провідник енергія є однією з найважливіших характеристик вибуху, яка визначає величину і швидкість зміни опору, термодинамічний стан провідника, швидкість розширення продуктів вибуху, розміри утворених частинок та ін. При аналізі ЕВП ми використовується поняття: об'ємна густина енергії е, яка дорівнює відношенню величини введеної в провідник енергії до початкового об'єму провідника, та досягнутий перегрів е/е_с, який являє собою відношення об'ємної густини енергії до енергії сублімації матеріалу провідника е_с.

Основним методом визначення енергетичних характеристик ЕВП є метод спільної обробки осцилограм струму і напруги. Потужність визначається за співвідношенням:

f (1)

Використаєм метод розрахунку енергії, опору та потужності за осцилограмою струму і вихідним параметрам вибуху. Для RLC-контура вираз для розрахунку енергії W має наступний вигляд:

f (3.2)

де f- зменшення заряду конденсатора, яке визначається графічним інтегруванням осцилограми струму; U₀ - початкова напруга на конденсаторі; С - ємність конденсатора.

Зменшення заряду конденсатора в момент часу t рівне площі під кривою струму:

f(3)

Індуктивность L і активний опір контуру R_k визначаються з осциллограми струму короткого замикання за співвідношеннями:

f(4)

f являє собою енергію магнітного поля контура. Якщо l = l_k (критична довжина), то f.

fдорівнює площі під кривою струму з координатами, рівними квадрату координат під осцилограмою струму:

f

f – енергія, яка розсіюється на активному опорі контура.

Таким чином, формула для розрахунку енергії W є різницею між накопиченою енергією і енергією магнітного поля контуру, а також  енергією, що розсіюється на активному опорі контура. Густина енергії провідника визначається за співвідношенням:

f (5)

1. Garsia M. Magnetoresistance in excess of 200 % in Ballistic Ni Nanocontacts at Room Temperature and 1000e / M. Garsia, Y.-W. Zhao // Phys. Rev. Lett. – 2009. – Vol. 82 (14). – P. 2923-2926.