Using of X-pinch as a source in X-ray radiography studying of initial stage of wire explosion

A wire explosion in a gaseous and condensed media extends possibilities of study of phase transitions of the wire material. We studied the influence of the external media (air, water and oil) on the explosion of Cu, Ni and W wires of diameter 10…50 µm. Wires were exploded by the current pulse with the rise time from 200 to 300 ns and the amplitude up to 10 kA. The pulse was produced by a generator based on a low-inductance capacitor, the discharge voltage being 20 kV. Experimental results are discussed on obtaining the wire explosion images in gaseous and liquid media with the help of hard X-ray radiation of an X-pinch in the BIN facility. Exploded wires were placed outside the BIN vacuum chamber and images were registered on the film without magnification. Spatial resolution was limited by film grain structure, and reached 20…30 µm. Spectral range of the imaging radiation (15… 30 keV) was determined by vacuum chamber window material, film sensitivity and thickness of the media where wire was exploded. Temporal resolution was about 10…20 ns and depended on X-pinch wire material and thickness.Исследование взрыва проволочек в газообразной и конденсированной среде позволяет получать информацию о фазовых переходах в материале проволочки. Мы исследовали влияние внешней среды (воздух, вода, масло) на взрыв проволочек диаметром 30…50 мкм из Cu, Ni и W. Взрыв проволочек осуществлялся импульсом тока с фронтом 200…300 нс и амплитудой до 10 кА, формируемым в накопителе на основе низкоиндуктивного конденсатора, заряжаемого до напряжения 20 кВ. Изображения проволочек в газообразной и жидкой средах регистрировались на пленке без увеличения по жесткому рентгеновскому излучению, генерируемому в X-пинче установки БИН. Пространственное разрешение изображений ограничивалось структурой пленки и составляло 20…30 мкм. Спектральный состав излучения (15…30 кэВ) зависел от параметров выводного окна, чувствительности пленки и толщины среды, внутри которой находилась проволочка. Временное разрешение составляло 10…20 нс и зависело от материала и толщины излучающей нагрузки X-пинча. Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ по грантам 05-02-17533, 04-02-17292, МНТЦ по проекту 2151 и субконтракту с Корнельским университетом США по проекту DE-PC03-2NA 0057.Дослідження вибуху дротиків у газоподібному й конденсованому середовищі дозволяє одержувати інформацію про фазові переходи в матеріалі дротика. Ми досліджували вплив зовнішнього середовища (повітря, вода, масло) на вибух дротиків діаметром 30...50 мкм із Cu, Nі і W. Вибух дротиків здійснювався імпульсом струму із фронтом 200...300 нс і амплітудою до 10 кА, сформованим у накопичувачі на основі низькоіндуктивного конденсатора, що заряджається до напруги 20 кВ. Зображення дротиків у газоподібному і рідкому середовищах реєструвалися на плівці без збільшення по твердому рентгенівському випромінюванню, генеруємому в X-пінче установки БІН. Просторове розділення зображень обмежувалось структурою плівки і становило 20...30 мкм. Спектральний склад випромінювання (15...30 кеВ) залежав від параметрів вивідного вікна, чутливості плівки і товщини середовища, усередині якого перебував дротик. Часове розділення становило 10...20 нс і залежало від матеріалу і товщини випромінюючого навантаження X-пінча. Робота виконана при частковій підтримці РФФІ по грантах 05-02-17533, 04-02-17292, МНТЦ по проекту 2151 і субконтракту з Корнельським університетом США по проекту DE-PC03-2NA 0057

Study of hybrid Х pinches in different conditions

A standard X-pinch consists of two or more fine wires that cross at a single point as the load of a pulsed power generator. To simplify the X-pinch load, a hybrid configuration consisting of solid conical electrodes connected by a wire, has been suggested and tested on four generators ranging in current from 200 kA to 1 MA and risetimes varying from 45 to 170 ns. The experiments have shown that for each generator, a wire material, diameter and length can be found for which the X-pinches generate a single intense burst of soft x-rays and develop a single hot spot. Also they generated less hard x-ray intensity than that measured in comparable standard X-pinches.Стандартные Х-пинчи состоят из двух или более проволочек, перекрещенных в диоде сильноточного генератора. Чтобы упростить конфигурацию Х-пинчей, была предложена и протестирована на четырех сильноточных генераторах с токами от 200 кА до 1 МА и временем нарастания импульса от 45 до 170 нс нагрузка в виде гибридного Х-пинча. Гибридные Х-пинчи состоят из двух твердотельных тугоплавких электродов, соединенных проволочкой. Проведенные эксперименты показали, что для каждого генератора можно подобрать материал проволочки, диаметр и длину, при которых гибридные Х-пинчи образуют единичную горячую точку и излучают интенсивную вспышку мягкого рентгеновского излучения. При этом зарегистрированный уровень жесткого рентгеновского излучения был значительно ниже, чем в стандартных Х-пинчах.Стандартні Х-пінчі складаються з двох або більше дротиків, перехрещених у діоді потужнострумового генератора. Щоб спростити конфігурацію Х-пінча, була запропонована і протестована на чотирьох потужнострумових генераторах із струмами від 200 кА до 1 МА та часом наростання імпульсу від 45 до 170 нс навантаження у вигляді гібридного Х-пінча. Гібридні Х-пінчі складаються з двох твердотільних тугоплавких електродів, з'єднаних дротиком. Проведені експерименти показали, що для кожного генератора можна підібрати матеріал дротика, діаметр і довжину, при яких гібридні Х-пінчі утворюють одиничну гарячу краплю та випромінюють інтенсивний спалах м'якого рентгенівського випромінювання. При цьому зареєстрований рівень жорсткого рентгенівського випромінювання був значно нижче, ніж у стандартних Х-пінчах