Stiprių magnetinių laukų daugkartinio naudojimo induktorių tyrimas

Abstract

Disertacijoje nagrinėjami stipraus impulsinio magnetinio lauko induktoriai, kurių ilgaamžiškumas priklauso nuo daugelio jų fizikinių parametrų. Sukūrus induktorių geometrijos sintezės metodiką, sudaryti induktorių matematiniai ir kompiuteriniai modeliai, ištirti impulso metu skirtingų parametrų induktorių apvijose vykstantys procesai, atlikta daugkartinio naudojimo induktorių geometrijų paieška. Sukurtas programinis aprūpinimas induktorių skaičiavimams įgalina nustatyti induktorių, tinkamų daugkartiniam impulsiniam magnetiniam laukui generuoti, parametrus. Darbo rezultatai pritaikyti kuriant induktorių prototipus. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, bendrosios išvados, literatūros ir publikacijų disertacijos tema sąrašas. Įvadiniame skyriuje aprašomas problemos aktualumas, formuluojamas darbo tikslas ir uždaviniai, pristatomi autoriaus pranešimai ir publikacijos, pateikiama disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje aptariama stipraus magnetinio lauko reikšmė šiuolaikiniam mokslui, pristatomi stipraus magnetinio lauko generavimo būdai, analizuojami impulsiniai induktoriai, jų kompiuterinių modelių sudarymo problematika, geometrijos optimizavimas. Antrajame skyriuje aprašoma induktorių geometrijos ir medžiagų sudėties sintezės metodika, sukuriamas induktoriaus matematinis-kompiuterinis modelis, apibrėžiama daugkartinio naudojimo induktorių pagrindinių parametrų visuma – „gyvavimo zona“, pateikiamas daugkartinio naudojimo induktorių geometrijų paieškos algoritmas. Trečiajame skyriuje analizuojami skirtingų laidininkų induktoriuose vykstantys šiluminiai, elektromagnetiniai ir magnetomechaniniai procesai, jų įtaka induktoriaus ilgaamžiškumui, sprendžiamas induktorių geometrijos paieškos uždavinys, suskaičiuojamos ir analizuojamos skirtingų laidininkų induktorių ,,gyvavimo zonos“, pateikiamos induktorių vyniojimo rekomendacijos. Ketvirtajame skyriuje aprašoma gautų rezultatų eksperimentinė patikra ir patikra modeliuojant induktorių ANSYS aplinkoje, pateikiamas 50 T impulsinio induktoriaus ir sistemos, skirtos fizikiniams medžiagų tyrimams ir montuojamos ant PFI esančio kriostato, projektavimas. Disertacijos tema paskelbti devyni straipsniai: trys straipsniai žurnaluose, įtrauktuose į Thomson ISI Web of Science sąrašą, keturi – straipsnių rinkiniuose, įtrauktuose į INSPEC ir COPERNICUS duomenų bazes, vienas – konferencijų medžiagoje, referuotoje Thomson ISI Proceedings duomenų bazėje, vienas – kitų konferencijų medžiagoje, perskaityti septyni pranešimai Lietuvos bei užsienio konferencijose.

The aim of the dissertation is the analysis of high pulsed magnetic field inductors in order to determine their electrophysical parameters for non-destructive magnetic field generation. To obtain that effective method to synthesize inductor geometrical and material models was developed, inductor mathematical and computer models created, electrophysical processes during the pulse in windings of various inductors were examined. Finally, retrievals of nondestructive inductor geometrical configurations were performed. Software developed and results gained were successfully used to design new pulsed inductor prototypes. Dissertation content: introduction, four chapters, general conclusions, list of references and list of author’s publications on the subject of dissertation. The introduction contains the topicality of the problem, aim of the work, main tasks, scientific novelty, practical value, result approval, defended statements and structure description. Overview of different high magnetic field generation techniques, pulsed inductor design, geometry optimization problems and software used for these tasks are the objectives of the first chapter. The second chapter is dedicated to development of technique for inductor geometrical-material model synthesis, creation of mathematical-computer inductor model, definition of long-life operation inductor parameters – their “vitality zone” and design of non-destructive inductor geometries retrieval algorithm. In the third chapter thermodynamic, electromagnetic and magnetomechanical analysis of inductors that are coiled up using various cross-section and material conductors is performed. Survey on the influence of electrophysical parameters on inductor multi-pulse use is carried out. After that “vitality zones” for different conductor cross-sections, materials and experimental environments are retrieved. Inductor winding recommendations are presented. Results and model accuracies are verified using ANSYS and experimentally in the fourth chapter. 50 T class pulsed inductor and magnetic system for cryostat at Vilnius Semiconductor Physics Institute for material physical properties research are designed using the developed calculation packages. The results of the work were presented in nine scientific articles: three articles published in journals of Thomson ISI Web of Science list, four in journals quoted in INSPEC, COPERNICUS databases, one in conference proceedings quoted in Thomson ISI Proceedings database and one in other conference mate-rials. Seven reports were presented at international conferences, five of them in Lithuania.