Устройство для ионизации газа в комбинированном разряде

 

Сущность: устройство для ионизации газа в комбинированном разряде содержит источник зарядного напряжения, накопительную емкость, коммутатор, разрядную камеру с электродами ионизации и две нелинейные индуктивности. Через одну индуктивность электроды разрядной камеры подключены к накопительной емкости. Вторая нелинейная индуктивность включена между накопительной емкостью и коммутатором. Источник зарядного напряжения через вторую нелинейную индуктивность подключен к накопительной емкости, коммутатор - параллельно источнику зарядного напряжения, а электроды ионизации разрядной камеры изолированы от среды диэлектриком. Устройство позволяет повысить плотность электронов в разряде, увеличить вкладываемую в комбинированный разряд мощность и мощность излучения лазера, для накачки которого используется комбинированный разряд. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке мощных технологических лазеров.

Для накачки технологических лазеров широко используется комбинированный разряд, где для поддержания высокой степени ионизации используется вспомогательный импульсный емкостной разряд, который периодически с частотой f зажигается в разрядном промежутке. Достижение высоких энергетических параметров лазера возможно при высокой плотности электронов в плазме разряда, величина которой определяется напряжением, прикладываемом к плазме в емкостном разряде.

Причем длительность импульсов напряжения, прикладываемых к плазме емкостного разряда, не должна превышать времени развития плазменной неустойчивости (около 10^-7 с).

В [1] для укорочения импульсов тока использовалась нелинейная индуктивность. Однако достижению высокой плотности электронов препятствуют ограничения на величину импульсного напряжения, вызванные электрической прочностью коммутатора и элементов конструкции газоразрядной камеры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство [2] , содержащее диэлектрическую камеру, на противоположных стенках которой размещены электроды ионизации, подключенные к источнику зарядного напряжения через коммутатор.

Недостатком прототипа является низкая плотность электронов в разряде, ограниченная величиной напряжения и током коммутатора емкостного разряда.

Целью изобретения является повышение плотности электронов в комбинированном разряде за счет повышения напряжения на плазме и тока разряда при тех же параметрах коммутатора.

Это достигается тем, что устройство для ионизации в комбинированном разряде, содержащее диэлектрическую камеру, на противоположных стенках которой размещены электроды ионизации, подключенные к источнику разрядного напряжения, и коммутатор, подключенный параллельно электродам ионизации, введены две нелинейные индуктивности и накопительный конденсатор, при этом нелинейные индуктивности соединены в последовательную цепочку, коммутатор подключен к электродам через эту цепочку, а накопительный конденсатор - к другому выводу коммутатора и средней точке цепочки нелинейных индуктивностей.

На фиг. 1 приведена схема устройства для ионизации среды в комбинированном разряде; на фиг. 2 - осцилограммы токов в цепи коммутатора и разряда.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, зарядную цепь 2, коммутатор 3, накопительный конденсатор 4, первую нелинейную индуктивность 5, вторую нелинейную индуктивность 6, разрядную камеру с электродами ионизации, представленную в виде эквивалентной схемы из последовательно соединенных активного сопротивления 7 плазмы емкостного разряда и емкости 8 электродов ионизации.

Устройство работает следующим образом. Перед началом рабочего импульса через зарядную цепь 2, индуктивности 5 и 6 происходит заряд накопительного конденсатора 4 и емкости 8 до напряжения источника 1 постоянного напряжения. При замыкании коммутатора 3 напряжение на конденсаторе 4 (равное напряжению источника 1 постоянного напряжения) прикладывается к первой нелинейной индуктивности 5. Нелинейная индуктивность представляет собой катушку с магнитным материалом. Через некоторый интервал времени τ₃ магнитный материал в катушке насыщается и величина индуктивности 5 резко уменьшается. В результате ток в цепи колебательного контура, образованного индуктивностью 5 и конденсатором 4, резко возрастает. Происходит перезарядка конденсатора 4 до отрицательного напряжения с амплитудой, близкой к напряжению источника 1.

К концу полупериода на активном сопротивлении 7 плазмы емкостного разряда оказывается приложенным напряжение, близкое по величине к удвоенному напряжению источника. Нелинейная индуктивность 6 подобрана так, что ее насыщение происходит в момент, соответствующий перезарядке конденсатора 4. Далее происходит перезаряд емкости 8 через плазму разряда. В результате (см. фиг. 2) ток в цепи разряда больше тока в цепи коммутатора. Причем напряжение на плазме (которая изолирована от внешней среды диэлектрическими стенками разрядной камеры) почти вдвое превышает рабочее напряжение коммутатора. Это позволило значительно увеличить плотность электронов в плазме.

В качестве источника 1 использовался источник постоянного напряжения с номинальным напряжением 18 кВ, коммутатора 3 - тиратрон типа ТГИ 2000/35, конденсатор 4 - 2200 рF, нелинейные индуктивности 5 и 6 выполнены в виде катушек на аморфной стали с числами витков соответственно 11 и 8. Разрядная камера представляет собой восемь трубок диаметром 4,7 см длиной 24 см, электроды ионизации располагались на внешней поверхности трубок. Суммарная емкость нагрузки составила 1650 рF.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОНИЗАЦИИ ГАЗА В КОМБИНИРОВАННОМ РАЗРЯДЕ, содержащее диэлектрическую камеру, на противоположных стенках которой размещены электроды ионизации, подключенные к источнику зарядного напряжения, и коммутатор, подключенный параллельно электродам ионизации, отличающееся тем, что, с целью увеличения плотности электронов в разряде, в устройство введены две нелинейные индуктивности и накопительный конденсатор, при этом нелинейные индуктивности соединены в последовательную цепочку, коммутатор подключен к электродам через эту цепочку, а накопительный конденсатор - к другому выводу коммутатора и средней точке цепочки нелинейных индуктивностей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2