Abstract
Electric explosions of flat Al, Тi, Ni, Cu, and Та foils with thicknesses of 1−16 μm, widths of 1−8 mm, and lengths of 5−11 mm were studied experimentally on the BIN, XP, and COBRA high-current generators at currents of 40−1000 kA and current densities of (5–50) × 108 A/cm2. The images of the exploded foils were taken at different angles to the foil surface by using point projection radiography with an X-pinch hot spot as the radiation source, the spatial resolution and exposure time being 3 μm and 50 ps, respectively, as well by the laser probing method with a spatial resolution of 20 μm and an exposure time of 180 ps. In the course of foil explosion, rapidly expanding objects resembling the core and corona of an exploded wire were observed. It is shown that the core of the exploded foil has a complicated time-varying structure.
Similar content being viewed by others
References
Exploding Wires, Ed. by W. G. Chase and H. K. Moore (Plenum, New York, 1962), Vol.2.
D. B. Sinars, Hu Min, K. M. Chandler, T. A. Shelkovenko, S. A. Pikuz, J. B. Greenly, D. A. Hammer, and B. R. Kusse, Phys. Plasmas 8, 216 (2001).
A. E. Ter-Oganes’yan, S. I. Tkachenko, V. M. Romanova, A. R. Mingaleev, T. A. Shelkovenko, and S. A. Pikuz, Plasma Phys. Rep. 31, 919 (2005).
A. G. Rousskikh, V. I. Oreshkin, S. A. Chaikovsky, N.A. Labetskaya, A. V. Shishlov, I. I. Beilis, and R. B. Baksht, Phys. Plasmas 15, 102706 (2008).
S. M. Zakharov, G. V. Ivanenkov, A. A. Kolomenskii, S. A. Pikuz, and A. I. Samokhin, Sov. J. Plasma Phys. 13, 115 (1987).
S. V. Lebedev, F. N. Beg, S. N. Bland, J. P. Chittenden, A. E. Dangor, M. G. Haines, K. H. Kwek, S. A. Pikuz, and T. A. Shelkovenko, Phys. Plasmas 8, 3734 (2001).
V. V. Aleksandrov, E. V. Grabovski, G. G. Zukakishvili, M. V. Zurin, N. N. Komarov, I. V. Krasovskaya, K. N. Mitrofanov, S. L. Nedoseev, G. M. Oleinik, I. Yu. Rorofeev, A. A. Samokhin, P. V. Sasorov, V. P. Smirnov, M. V. Fedulov, I. N. Frolov, et al., JETP 97, 745 (2003).
M. G. Haines, S. V. Lebedev, J. P. Chittenden, F. N. Beg, S. N. Bland, and A. E. Dangor, Phys. Plasmas 7, 1672 (2007).
D. B. Sinars, M. E. Cuneo, B. Jones, C. A. Coverdale, T. J. Nash, M. G. Mazarakis, J. L. Porter, C. Deeney, D. F. Wenger, R. G. Adams, E. P. Yu, D. E. Bliss, and G. Sarkisov, Phys. Plasmas 12, 056303 (2005).
T. W. L. Sanford, Laser Part. Beams 19, 541 (2001).
M. E. Cuneo, D. B. Sinars, E. M. Waisman, D. E. Bliss, W. A. Stygar, R. A. Vesey, R. W. Lemke, I. C. Smith, P. K. Rambo, J. L. Porter, G. A. Chandler, T. J. Nash, M. G. Mazarakis, R. G. Adams, E. P. Yu, et al., Phys. Plasmas 13, 056318 (2006).
M. E. Cuneo, E. M. Waisman, S. V. Lebedev, J. P. Chittenden, W. A. Stygar, G. A. Chandler, R. A. Vesey, E. P. Yu, T. J. Nash, D. E. Bliss, G. S. Sarkisov, T. C. Wagoner, G. R. Bennett, D. B. Sinars, J. L. Porter, et al., Phys. Rev. E 71, 046406 (2005).
R. D. McBride, S. A. Slutz, C. A. Jennings, D. B. Sinars, M. E. Cuneo, M. C. Herrmann, R. W. Lemke, M. R. Martin, R. A. Vesey, K. J. Peterson, A. B. Sefkow, C. Nakhleh, B. E. Blue, K. Killebrew, D. Schroen, et al., Phys. Rev. Lett. 109, 135004 (2012).
J. Wu, L. P. Wang, J. J. Han, M. Li, L. Sheng, Y. Li, M. Zhang, N. Guo, T. S. Lei, and A. C. Qiu, Phys. Plasmas 19, 022702 (2012).
V. M. Romanova, G. V. Ivanenkov, A. R. Mingaleev, A. E. Ter-Oganes’yan, T. A. Shelkovenko, and S. A. Pikuz, Plasma Phys. Rep. 41, 617 (2015).
S. A. Slutz, W. A. Stygar, M. R. Gomez, K. J. Peterson, A. B. Sefkow, D. B. Sinars, R. A. Vesey, E. M. Campbell, and R. Betti, Phys. Plasmas 23, 022702 (2016).
V. L. Kantsyrev, A. S. Chuvatin, A. S. Safronova, L. I. Rudakov, A. A. Esaulov, A. L. Velikovich, I. Shrestha, A. Astanovitsky, G. C. Osborne, V. V. Shlyaptseva, M. E. Weller, S. Keim, A. Stafford, and M. Cooper, Phys. Plasmas 21, 031204 (2014).
V. S. Sedoi, G. A. Mesyats, V. I. Oreshkin, V. V. Valevich, and L. I. Chemezova, IEEE Trans. Plasma Sci. 27, 845 (1999).
V. A. Burtsev, N. V. Kalinin, and A. V. Luchinskii, Electric Explosion of Conductors and Its Application in Electrophysical Plants (Energoatomizdat, Moscow, 1990) [in Russian].
V. M. Koval’chuk and Yu. A. Kotov, in High-Power Nanosecond Pulsed Sources of Accelerated Electrons, Ed. by G. A. Mesyats (Nauka, Novosibirsk, 1974), p. 130 [in Russian].
M. Takayuki, N. Matsuo, M. Otsuka, and S. Itoh, Proc. SPIE 75, 75222 (2010).
M. V. Babykin, K. A. Baigarin, A. V. Bartov, Yu. M. Gorbulin, and V. N. Makhov, Sov. J. Plasma Phys. 8, 237 (1982).
K. N. Mitrofanov, V. V. Aleksandrov, E. V. Grabovski, A. N. Gritsuk, I. N. Frolov, A. N. Branitskii, and Ya. N. Laukhin, Plasma Phys. Rep. 43, 444 (2017).
E. V. Grabovski, P. V. Sasorov, A. P. Shevelko, V. V. Aleksandrov, M. M. Andreev, A. V. Basko, A. N. Branitsky, A. N. Gritsuk, G. S. Volkov, Ya. N. Laukhin, K. N. Mitrofanov, V. G. Novikov, G. M. Oleinik, A. A. Samokhin, I. Yu. Tolstikhina, et al., JETP Lett. 103, 350 (2016).
T. J. Awe, R. D. McBride, C. A. Jennings, D. C. Lampa, M. R. Martin, D. C. Rovang, S. A. Slutz, M. E. Cuneo, A. C. Owen, D. B. Sinars, K. Tomlinson, M. R. Gomez, S. B. Hansen, M. N. Herrmann, J. L. McKenny, et al., Phys. Rev. Lett. 111, 235005 (2013).
T. J. Awe, K. J. Peterson, E. P. Yu, R. D. McBride, D. B. Sinars, M. R. Gomez, C. A. Jennings, M. R. Martin, S. E. Rosental, D. G. Schroen, A. B. Sefkow, S. A. Slutz, K. Tomlinson, and R. A. Vesey, Phys. Rev. Lett. 116, 065001 (2016).
R. D. McBride, S. A. Slutz, R. A. Vesey, M. R. Gomez, A. B. Sefkow, S. B. Hansen, P. F. Knapp, P. F. Schmit, M. Geissel, A. J. Harvey-Thompson, C. A. Jennings, E. C. Harding, T. J. Awe, D. C. Rovang, K. D. Hahn, et al., Phys. Plasmas 23, 012705 (2016).
L. Atoyan, D. A. Hammer, B. R. Kusse, T. Byvank, A. D. Cahill, J. B. Greenly, S. A. Pikuz, and T. A. Shelkovenko, Phys. Plasmas 23, 022708 (2016).
D. A. Yager-Elorriaga, P. Zhang, A. M. Steiner, N. M. Jordan, P. C. Campbell, Y. Y. Lau, and R. M. Gilgenbach, Phys. Plasmas 23, 124502 (2016).
P. Zhang, Y. Hu, H. Yang, J. Sun, L. Wang, P. Cong, and A. Qiu, Phys. Plasmas 23, 033105 (2016).
V. V. Kuznetsov, V. I. Oreshkin, A. S. Zhigalin, I. A. Kozulin, S. A. Chaikovsky, and A. G. Rousskikh, J. Eng. Thermophys. 20, 240 (2011).
V. I. Oreshkin, A. S. Zhigalin, A. G. Rousskikh, and V. V. Kuznetsov, J. Eng. Thermophys. 22, 288 (2013).
A. S. Zhigalin, A. G. Rousskikh, V. I. Oreshkin, S. A. Chaikovsky, N. A. Ratakhin, K. V. Khishchenko, and R. B. Baksht, J. Phys. Conf. Ser. 653, 012146 (2015).
R. B. Baksht, A. G. Rousskikh, A. S. Zhigalin, V. I. Oreshkin, and A. P. Artyomov, Phys. Plasmas 22, 103521 (2015).
A. S. Zhigalin, A. G. Rousskikh, V. I. Oreshkin, and R. B. Baksht, J. Phys. Conf. Ser. 830, 012033 (2017).
T. A. Shelkovenko, D. B. Sinars, S. A. Pikuz, K. M. Chandler, and D. A. Hammer, Rev. Sci. Instrum. 72, 667 (2001).
T. A. Shelkovenko, D. A. Chalenski, K. M. Chandler, J. D. Douglass, J. B. Greenly, D. A. Hammer, B. R. Kusse, R. D. McBride, and S. A. Pikuz, Rev. Sci. Instrum. 77, F521 (2006).
L. Atoyan, T. A. Shelkovenko, S. A. Pikuz, D. A. Hammer, T. Byvank, J. B. Greenly, and J. B. Kusse, Rev. Sci. Instrum. 88, 113502 (2017).
P. F. Knapp, J. B. Greenly, P. A. Gourdain, C. L. Hoyt, M. R. Martin, S. A. Pikuz, C. E. Seyler, T. A. Shelkovenko, and D. A. Hammer, Phys. Plasmas 17, 012704 (2010).
V. I. Oreshkin, R. B. Baksht, N. A. Ratakhin, A. V. Shishlov, K. V. Khishchenko, P. R. Levashov, and I. I. Beilis, Phys. Plasmas 11, 4771 (2004).
G. S. Sarkisov, P. V. Sasorov, K. W. Struve, D. H. McDaniel, A. N. Gribov, and G. M. Oleinik, Phys. Rev. E 66, 046413 (2002).
G. V. Ivanenkov, A. R. Mingaleev, S. A. Pikuz, V. M. Romanova, T. A. Shelkovenko, W. Stepniewski, and D. A. Hammer, JETP 87, 663 (1998).
S. A. Pikuz, T. A. Shelkovenko, J. B. Greenly, Y. S. Dimant, and D. A. Hammer, Phys. Rev. Lett. 83, 4313 (1999).
T. A. Shelkovenko, S. A. Pikuz, J. D. Douglass, I. C. Blesener, J. B. Greenly, R. D. McBride, D. A. Hammer, and B. R. Kusse, Phys. Plasmas 14, 102702 (2007).
D. B. Sinars, T. A. Shelkovenko, S. A. Pikuz, J. B. Greenly, and D. A. Hammer, Phys. Plasmas 7, 1555 (2000).
T. A. Shelkovenko, S. A. Pikuz, I. N. Tilikin, A. R. Mingaleev, A. E. Ter-Oganes’yan, L. Atoyan, and D. A. Hammer, XLIV International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, Zvenigorod, 2017, Book of Abstracts, p. 134.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Original Russian Text © T.A. Shelkovenko, S.A. Pikuz, I.N. Tilikin, A.R. Mingaleev, L. Atoyan, D.A. Hammer, 2018, published in Fizika Plazmy, 2018, Vol. 44, No. 2, pp. 193–202.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Shelkovenko, T.A., Pikuz, S.A., Tilikin, I.N. et al. Study of Electric Explosion of Flat Micron-Thick Foils at Current Densities of (5−50)×108 A/cm2. Plasma Phys. Rep. 44, 236–244 (2018). https://doi.org/10.1134/S1063780X18020113
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1134/S1063780X18020113