This thesis describes a research investigation into novel designs of high voltage pulse transformers using magnetic insulation, which is the only practicable form of insulation for much of the equipment presently used in ultrahigh voltage pulsed-power work, including transmission lines and plasma opening switches. Although its use in transformers would bring important advantages in both size and weight reductions, a number of seemingly insurmountable problems have however so far prevented this. Two novel arrangements are presented in this thesis: one of these is a 500 kV transformer with self-magnetic insulation, and the other one is a 1 MV 'Tesla' transformer with external magnetic insulation. It is shown that both of these overcome the problems inherent in earlier designs and also offer considerable scope for further development in a number of important areas. It is believed that they represent the first working examples of magnetically-insulated transformers anywhere in the world. Modelling considerations of the transformers developed include both theoretical models and predicted characteristics. The filamentary technique used to describe mathematically the arrangements being investigated involves decomposition of the main conducting components into filamentary elements. The resulting equivalent electrical network includes all the mutual interactions that exist between the different filamentary elements, takes magnetic diffusion fully into account and enables the resistances and self and mutual inductances that are effective under fast transient conditions to be calculated. Theoretical results provided by the resulting mathematical models have been successfully validated by comparison with reliable experimental data. Much of the work detailed in the thesis has already been presented in high quality academic journals and at prestigious international conferences, and a solid theoretical and experimental basis has been laid down for future development and new progress into pulsed power system research.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T14:30:57Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T14:30:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T14:30:57Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T14:30:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os aços inoxidáveis ferríticos são naturalmente ferromagnéticos, o que impossibilita sua utilização em próteses ortopédicas. Apesar disso, em algumas aplicações específicas, faz-se necessário o uso de um biomaterial ferromagnético, como nas próteses odontológicas e faciais com conectores magnéticos. Este trabalho apresenta o estudo da resistência à corrosão e citotoxicidade do aço inoxidável ferrítico AISI 444, para avaliar seu potencial de uso como um biomaterial. O aço AISI 444 possui baixo teor de níquel, teores extrabaixos de intersticiais (C e N) e é estabilizado com Ti e Nb. Como materiais de referência foram utilizados o aço inoxidável austenítico ISO 5832-1 (ASTM F-138), por ser o biomaterial metálico mais empregado na fabricação de próteses ortopédicas, e uma base ferromagnética do sistema de fixação de próteses odontológicas, feita em aço inoxidável ferrítico (NeoM). O ensaio de citotoxicidade in vitro, pelo método de incorporação do corante vermelho neutro, revelou que o aço inoxidável AISI 444 não apresentou citotoxicidade. O comportamento frente à corrosão foi estudado por meio de curvas de polarização anódica potenciodinâmicas e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). O meio de ensaio foi uma solução salina tamponada de fosfato (PBS), em condição naturalmente aerada e em fresta, a temperatura de 37 ºC. Para simular a condição de fresta dos ensaios eletroquímicos foi desenvolvido um novo equipamento. As propriedades eletrônicas do filme passivo foram avaliadas pela técnica de Mott-Schottky. Em meio aerado, os resultados de EIE indicaram que todos os materiais se mostraram passivos. As curvas de polarização indicaram que a resistência à corrosão por pite do aço AISI 444 foi equivalente à do aço ISO 5832-1, porém superior à do NeoM. Pelos diagramas de Mott-Schottky, conclui-se que o filme óxido no aço AISI 444 possui menor concentração de dopantes que o aço NeoM. Isto sugere que o aço AISI 444 apresenta maior resistência à transferência de carga através do filme passivo. Em condição de fresta, as polarizações indicaram taxas de corrosão baixas para ambos os aços, porém superiores para o aço ISO 5832-1, em comparação ao aço AISI 444. As micrografias das superfícies dos aços, após polarização, revelaram um maior ataque corrosivo no aço ISO 5832-1 do que no aço AISI 444. O aço NeoM apresentou composição química fora da especificação da norma. Os baixos teores de Cr e de Mo, além das altas concentrações de sulfetos, foram as prováveis causas da menor resistência à corrosão do NeoM, indicada pelos ensaios eletroquímicos. O equipamento proposto para avaliação da resistência à corrosão, em condição de fresta, mostrou boa reprodutibilidade de resultados. O aço inoxidável AISI 444 apresentou alta potencialidade para uso como biomaterial, especialmente na fabricação de componentes protéticos com fixação magnética. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP