УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОНИЗАЦИИ ГАЗА В КОМБИНИРОВАННОМ РАЗРЯДЕ Российский патент 1994 года по МПК H01S3/97 

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.

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.

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.