Experimental Investigation of Augmented Electromagnetic Accelerators

Elektromagnetische Schienenbeschleuniger verwenden elektrische Energie für die Beschleunigung von trägen Massen und erreichen Geschwindigkeiten, die mit konventionellen Beschleunigungstechnologien nur mit hohem Aufwand erreicht werden können. Die einfachste Konfiguration eines solchen Beschleunigers besteht aus zwei Schienen aus leitfähigem Material, die über eine gleitende Strombrücke elektrisch miteinander verbunden sind. Für die Beschleunigung der Strombrücke ist ein großer Strom erforderlich, der einige Mega-Ampere erreichen kann. Durch Diffusionsprozesse des magnetischen Feldes kommt es zu einer Stromkonzentration an der Innenseite der Schienen und am hinteren Bereich der Strombrücke. Dies hat eine verstärkte Wärmeentwicklung in diesen Bereichen zur Folge und kann, zusammen mit der Reibung zwischen der Strombrücke und den Schienen, zu einem Verlust des metallischen Kontaktes führen. Der resultierende Lichtbogenkontakt zwischen der Strombrücke und den Schienen vergrößert die Wärmeentwickelung und kann zu Schäden an den Kontaktflächen führen. Um eine Verringerung des elektrischen Stroms in der Strombrücke zu erzielen, ohne die Beschleunigungskraft zu reduzieren, kann ein zusätzliches Magnetfeld zwischen den Schienen hinzugefügt werden. Um einen solchen magnetfeldverstärkten Beschleuniger zu untersuchen ist der modulare, magnetfeldverstärkte, mehrstufige elektromagnetische Beschleuniger (MASEL) konstruiert, aufgebaut und getestet worden. Externe Spulen sind in dem Beschleuniger integriert um eine Verstärkung des Magnetfeldes zu erzielen. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Versuchsaufbaus sind zuvor mit verschiedenen Simulationen berechnet und optimiert worden.