Interruttore di apertura al plasma
Un interruttore di apertura al plasma (in inglese Plasma Opening Switch o POS ) è un dispositivo per interrompere correnti elettriche estremamente intense (diversi milioni di ampere ) in un tempo estremamente breve (meno del decimilionesimo di secondo ). Il suo funzionamento si basa sulla scomparsa dello stato conduttivo di un plasma sotto l'effetto del campo magnetico prodotto dalla corrente elettrica che lo attraversa. Viene utilizzato principalmente nella generazione di potenze pulsate elevate .
Storico
Lo studio dei POS è iniziato negli anni 70. Sono stati utilizzati per la prima volta da CW Mendel nel 1976 nei laboratori Sandia , sul generatore pulsato ad alta potenza PROTO I. Fin dai primi modelli, per i quali la durata della fase di conduzione era dell'ordine di 300 ns (300 × 10 −9 s ), ricercatori e ingegneri hanno cercato di ottenere tempi di conduzione più lunghi (maggiori di 500 ns) per approssimare le caratteristiche dei generatori disponibili.
Fin dalle prime proposte avanzate nel 1984 da PF Ottinger del Naval Research Laboratory , i modelli analitici, il cui ruolo è quello di simulare i complessi fenomeni fisici utilizzati, costituiscono strumenti fondamentali per ricercatori e ingegneri.
Principio di funzionamento
Un POS è spesso incluso in una linea coassiale a vuoto destinata a trasmettere energia elettrica da un generatore a un carico. I diagrammi seguenti mostrano la sequenza delle fasi in modo semplificato.
Il processo viene avviato iniettando un plasma in una piccola regione (dell'ordine di pochi centimetri di larghezza) della linea, che crea una connessione elettrica tra l' anodo cilindrico esterno e il catodo centrale. Quando la corrente del generatore entra in linea, vari processi fisici si susseguono:
- Inizio della fase di conduzione: la corrente viene cortocircuitata dal plasma tra l'anodo e il catodo.
- Evoluzione della fase di conduzione: il campo magnetico associato al passaggio di corrente sottopone il plasma ad una pressione che ne provoca lo spostamento e l'erosione.
- Fase di apertura: in prossimità del catodo finisce per crearsi uno spazio magneticamente isolato, che interrompe la conduzione elettrica tra anodo e catodo attraverso il plasma; la corrente viene quindi indirizzata direttamente al carico.
