Etude d’un système d’amplification de puissance de type multiplicateur de courant dynamique sur l’installation SPHINX du CEA Gramat

par Thomas Maysonnave

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Laurent Pécastaing.


  • Résumé

    Depuis plusieurs décennies, les générateurs forts courants sont utilisés dans différents domaines comme l’étude des matériaux, la radiographie ou la fusion par confinement inertiel. Ces générateurs sont capables de délivrer des impulsions de courant de plusieurs millions d’ampères avec des fronts de montée inférieurs à la microseconde. Plusieurs projets à travers le monde ont, aujourd’hui, pour but d’améliorer encore et encore le gradient de courant des impulsions transmises à la charge. De nombreux schémas d’amplificateurs de puissance, dont le rôle est de jouer à la fois sur l’amplitude du courant de charge et sur son temps de montée, ont ainsi été testés. Le multiplicateur de courant dynamique (DLCM pour Dynamic Load Current Multiplier) fait partie de ces concepts novateurs permettant de contourner les limitations des générateurs de puissances pulsées actuels. Il est composé d’un réseau d’électrodes (servant d’autotransformateur), d’un extrudeur de flux dynamique (basé sur l’implosion d’un réseau de fils cylindrique) et d’un commutateur à fermeture sous vide. Dans la thèse, le principe de fonctionnement du DLCM est analysé d’un point de vue théorique par le biais de simulations de type circuits électriques et magnétohydrodynamiques. Une étude spécifique portant sur l’organe principal du DLCM est réalisée. Il s‘agit du commutateur à fermeture sous vide. Ainsi, après une phase de dimensionnement à l’aide d’outils de simulations électrostatiques, deux versions de commutateurs sont validées expérimentalement dans des conditions proches de celles d’un tir très fort courant. Enfin, des tirs sur le générateur SPHINX du CEA Gramat, capable de délivrer une impulsion de courant de 6MA en 800ns (sur charge Z-pinch), sont exposés pour retracer l’évolution du dispositif. Les résultats probants obtenus permettent, au final, de valider le concept DLCM connecté à une charge de type compression isentropique.

  • Titre traduit

    Study of a Dynamic Load Current Multiplier system on the SPHINX facility of the CEA Gramat


  • Résumé

    For several decades, high power generators are used in various fields such as materials research, radiography or inertial confinement fusion. These generators are capable of delivering current pulses of several millions of amperes with rise times below 1 microsecond. Several projects around the world are, today, trying to improve again and again the current gradient of pulses delivered to the load. Many concepts of power amplifiers, whose role is to optimize both the amplitude of the load current and its rise time, were tested. The Dynamic Load Current Multiplier (DLCM) is one of those innovating concepts used to overcome the existing pulsed power generators limitations. It is made up of concentric electrodes (for autotransformer), a dynamic flux extruder (based on the implosion of cylindrical wire array) and a vacuum closing switch. In this these, the operating principle of the DLCM is theoretically analyzed through electrical and magneto hydrodynamic simulations. A specific study of the DLCM key component is performed. This is the vacuum closing switch. Thus, after a design phase using electrostatic simulation tools, two versions of switches are experimentally validated in conditions similar to those of a very high current shot. Finally, shots on the SPHINX facility located at the CEA Gramat, capable of delivering a current pulse of 6MA in 800ns (on Z-pinch load), are exposed to trace the evolution of this device. The convincing results are used, ultimately, to validate the DLCM concept connected to an isentropic compression experiment load.


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