1.2.3 Les générateurs magnéto-explosifs

Il s'agit de convertir l'énergie chimique d'un explosif en énergie électrique. La compression de flux, en permettant d'injecter un certain flux magnétique dans une enceinte compressée par la détonation de l'explosif, permet de réaliser ce transfert énergétique. Ce concept a été proposé par FOWLER, GARN et CAIRD en 1960 (voir [40]) pour l'obtention de champs magnétiques intenses. Auparavant, FOWLER avait travaillé sur l'utilisation de la compression de flux magnétique comme méthode de mesure de la dynamique d'un liner au Los Alamos Scientific Laboratory, mais seul un rapport classifié avait été publié en 1944. Une dizaine d'années plus tard, TERLETSKII proposait la compression de flux magnétique pour l'accélération de particules dans un article mathématique ([91]), qui était la première mention de générateur magnéto-explosif dans la littérature ouverte. Les développements de ce concept sont bien couverts par les conférences Megagauss, dont la première eut lieu à Frascati (en 1965) à propos de la compression de flux par explosifs (voir [61]). Diverses géométries ont étés envisagées au fil du temps, dont la simple géométrie cylindrique et la géométrie hélicoïdale.

Figure: générateur magnéto-explosif en géométrie cylindrique

Dans la géométrie cylindrique en implosion, une électrode fait circuler le courant afin d'établir un champ magnétique à l'intérieur d'un cylindre conducteur que l'on appellera armature (ou liner dans notre dénomination. Voir en figure 2.2). Lorsque le champ magnétique est voisin du maximum, on déclenche l'explosif, qui implose alors l'armature (ou liner) sur l'axe du cylindre. L'inductance représentée par l'intérieur du liner diminue alors fortement, conduisant à une amplification du courant.

Figure: générateur magnéto-explosif en géométrie hélicoïdale

Dans le cas de la géométrie hélicoïdale, l'électrode intérieure est toujours cylindrique, mais l'électrode extérieure est en hélice, éventuellement de pas variable (voir [13]). Le courant circulant dans ce circuit crée donc un champ magnétique initial, qui est compressé entre l'électrode externe et un liner initialement cylindrique explosé par l'explosif situé sur l'axe (voir figure 2.3). Le fait d'utiliser une hélice permet d'obtenir une variation globale d'inductance ( $\Delta L = L_1 - L_2$) bien plus grande qu'avec un simple cylindre tout en conservant un générateur compact.

On peut citer comme exemple d'application des générateurs magnéto-explosifs la compression isentropique de matériaux par la pression magnétique, telle que proposée dans [51] ou bien encore les études des propriétés magnétiques des matériaux ...telles que présentées lors des conférences Mégagauss (voir [61] et [39]).

Le principal défaut de ces générateurs réside dans la faible vitesse de détonation de l'explosif: de ce fait, les temps de montée des courants amplifiés sont de l'ordre de la dizaine de microsecondes à la centaine de microsecondes. Ceci signifie que pour conserver un liner (ou armature) étanche^1.3 du point de vue du champ magnétique^1.4 il faut des conducteurs épais dans lesquels beaucoup de flux diffusé est perdu et l'efficacité du système s'écroule^1.5. De plus, l'usage d'explosif signifie qu'une part importante de l'environnement proche est endommagée et introduit un certain nombre de contraintes de sécurité pour les expérimentateurs. Enfin, la faible vitesse de détonation des explosifs par rapport à la vitesse de diffusion du champ magnétique fixe une limite sur le champ magnétique maximum atteignable inférieure à $5 \, \mathrm{kT}$.

Une solution offrant une vitesse d'implosion plus élevée a été proposée dans [65]: il s'agit d'utiliser un liner constitué de plasma au lieu d'un liner solide. Un champ magnétique externe propulse ce liner de plasma, qui réalise alors le même type de compression qu'avec un compresseur de flux à explosifs, mais à des vitesses telles que la gamme de plus de $10 \, \mathrm{kT}$ devient atteignable. Des essais satisfaisants ont été réalisés par exemple à l'aide du liner de plasma d'un z-pinch (voir [38]).

Notes

... étanche^1.3

Dans la cas contraire, le rendement du compresseur de flux n'est pas bon !

... magnétique^1.4

donc d'une épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau

... s'écroule^1.5

On peut se réfèrer à deux articles de synthèse: en ce qui concerne l'historique de la compression de flux par explosifs, voir [54]. Pour ce qui est des points dur de cette technique, [64].