Вакуумный разрядник

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

„.SU 1421206 А 1 (5))5 Н 01 T 2/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 15.09,90.Htoë. У 34 (21) 4134372/24-07 . (22) 17.10,86 (71) Институт сильноточ ной электроники

СО AH СССР (72) А. Л. Филатов, Ю. А. Котов и С: Ю. Соковнин (53) 621,316.933 (088.8) (56) Ковалев В. П. и др. ИГУР-! — электронный ускоритель с индиктивным накопителем энергии и взрывающимися проводниками. КТФ, 1981, т. 51, вып. 9, с. 1865 — 1869.

Патент ФРГ № 1950090, кл. H 01 Т 3/00, ! 973.

T. Н. Martin, R; S, Clark, Palsed Miscosecond High-.Energy Electron Beam dodlerator Rev $с1 Instrum., ч. 47, № 4, 460 — 463, 1976. (54) ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК (57) Изобретение относится к сильноточной импульсной технике. Цель изобретения увеличение. скорости коммутации ресурса работы и уменьшение габаритов. Разрядник содержит катод 1, анод 2, между которыми расположены изоляционные слои 3, разделенные электропроводящими прокладками 4.

На электропроводящих прокладках с: вакуумной стороны установлены цилиндрические электроды 5, образующие разрядные. промежутки. 1 ил. 1 табл.

142!206

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике, в частности к искровым разрядникам и может быть использовано для создания сильноточных импульсных ускорителей, мощных лазеров, генераторов

СВЧ-излучения и в других сильноточных приборах, в которых требуется сформировать импульсы напряжения и тока с короткой длительностью фронтов.

Целью изобретения является увеличение скорости коммутации, ресурса работы и !О уменьшение габаритов вакуумного разрядника.

На чертеже представлен вакуумный разрядник (продольный осевой разрез).

Вакуумный разрядник состоит из аксиаль- !5 но установленных катода I и анода 2, разделенных изолятором, выполненным из чередующихся диэлектрических колец 3 и токопррводящих прокладок 4. Диэлектрические кольца 3 имеют коническую внутреннюю боковую поверхность, диа метр которой уменьшается в направлении от анода 2 к катоду I Токопроводящие прокладки 4 выполнены в виде .колец с цилиндрическими бортиками 5 со стороны отверстия, направленными в сторону катода 1. На поверхности анода 2 установлен цилиндр б. Катод 1, цилиндрические бортики 5 прокладок 4 и цилиндр 6 анода 2 образуют ряд последовательно расположенных разрядных промежутков, величина h которых, а также высота d диэлектрических колец 3 изолятора и разность Ар между меньшим радиусом отверстий диэлектрических колец 3 и внешними радиусами цилиндрических бортиков 5 про-! кл(адок 4 изолятора-или внешним радиусом цилиндра б анода 2 выбраны в соответствии с соотношениями

h=(0,25 — 0,4)d, ЛК=(0,15 — 0,3ф.

Разрядник работает следующим образом.

К катоду 1 прикладывается высоковольтный импульс напряжения. При этом проис.ходит распределение напряжения между 40 прокладками 4 изолятора. При достижении определенного уровня напряжения начинается эмиссия электронов с отрицательно заряженных электродов. В основном она идет из тройной точки (отрицательный электрод— вакуум--диэлектрик) .

Одновременно под действием электрического поля и бомбардировки частицами с. внутренней поверхности изоляционных колец 3 слетает облако адсорбированного газа.

Через некоторое время происходит иониза50 ция газа электронами и создаются условия для пробоя разрядного промежутка. Благодаря большому числу носителей разряд носит диффузный характер. 3а счет большого количества каналов энергия, приходящаяся на один канал, мала, поэтому эрозия элект- 55 родов незначительна. Наличие большого числа каналов и небольшое расстояние между электродами обусловливают малые потери на индуктивном и активном сопротивлениях разрядных промежутков, а также эффективный токоотбор, что и приводит к увеличению скорости коммутации.

Для определения геометрических размеров цилиндрических бортиков 5 и цилиндра б позволяющих получить максимальные ско- рости коммутации и повысить уровни коммутируемых напряжений, были проведены эксперименты с разрядником, оаботающим в режиме «среза» напряжения.

Результаты испытания разрядника в этом режиме приведены в таблице. Скорость коммутации рассчитывалась для уровней (0,1—

0,9) (4, где U> — коммутируемое напряжение:

В таблице даны значения скорости коммутации (4 (4 10 В с ) в числителе и напряжения коммутации U„(U 10 B) в знаменателе для различных отношений

AR/d и h/d при d=30 мм.

Из таблицы видно, что при AR/d 0,15 средняя скорость коммутации для большинства экспериментов увеличивается, однако коммутируемое напряжение уменьшается по сравнению с разрядником без цилиндрических бортиков, что при тех же уровнях напряжения должно привести к увеличению габаритов, поэтому следует выбирать AR/d)

)0,15. При AR/d)0,27 влияние цилиндрических бортиков на уровень коммутируемого напряжения становится незначительным при некотором (до 20Я) возрастании скорости коммутации, поэтому для выполнения условий уменьшения габаритов и повышения скорости коммутации величину AR необходимо выбирать из соотношения AR=(0,15— — С,З)д. Руководствуясь теми же соображениями, определяем величину h, h=(0,25— — 0,4)d.

При выполнении обоих соотношений

h=(0,25 — 0,4)d;

hp=-(0, I 5 — 0,3)d, величина среднего коммутируемого напряжении возрастает на 10 — ЗОЯ, а средняя скорость коммутации на 25 — 60Я. Были проведены также испытания пятисекционного разрядника в режиме «среза» напряжения, в котором высота каждого изоляционного слоя 30 мм. Уровень напряжений на разряднике (1,6 — 1,8) 10 В, коммутируемый ток до 5 10 А. При этом средняя скорость коммутации составляла до 2 ° 10 " В/с, что в

-30 раз выше по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Вакуумный разрядник, содержащий аксиально установленные анод, и катод„разделенные цилиндрическим изолятором, выполненным в виде чередующихся токопроводящих прокладок и диэлектрических колец, выполненных с конической внутренней боковой поверхностью; диаметр которой

}421206

Скорость коммутации, при отношении К/d

}1/ñ1

0,37

0,27

0,15

0,07

Беэ цил. электодов

О?611

461

0,48

О 710

459

О 704

=?

486

0,690

467

О 652

455

0,39

О 761

497

О 963

595

О 694

427

О 690

470

0,34

0 752

500

О 936

510

О 676

-?

420

О 749

497

0,27

О 709

458

О 780

530

-?

О 6

463

0,12

О 440

251

О 503

270

О 580

250

О 510

245

Беэ цил. электрод.

О 581

459 вниипи Закаэ 3324 Тираж 343

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 уменьшается в направлении от анода к катоду, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости коммутации, ресурса работы и уменьшения габаритов, анод снабжен установленным на его поверхности токопроводящим цилиндром, а указанные токопроводящие прокладки изолятора выполнены в виде колец с цилиндрическими бортиками со стороны отверстия, направленными в сторону катода, причем катод, токопроводящие прокладки изолятора и цилиндр анода образуют ряд последовательно расположенных разрядных промежутков, величина h которых, а также высота d диэлектрических колец изолятора и разность AR между мень-. шим радиусом отверстий диэлектрических колец и внешними радиусами цилиндрических бортиков токопроводящих прокладок изолятора или внешним радиусом цилиндра анода выбраны в соответствии с соотношениями

h=(0,25 — 0,4)d, ЛЯ=(0,15 — 0,3)d