ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ КОММУТИРУЮЩИЙ ПРИБОР Российский патент 2008 года по МПК H01J17/12 

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к газоразрядным коммутаторам низкого давления типа тиратрон, псевдоискровой разрядник, и может быть использовано при создании коммутаторов тока для электронной техники.

Известен импульсный водородный тиратрон с накаленным катодом, содержащий расположенные в герметичной оболочке с газовым наполнением металлические электроды - анод, катод и управляющую сетку, выполненную в виде диска с отверстиями, которые прикрыты экраном, выполненного также в виде диска с отверстием [1].

Недостатками такой конструкции являются:

- большое время развития разряда из-за длинного и сложного пути прохождения тока. Ток проходит через отверстие в экране, вдоль экрана, а затем через отверстия сетки, столб плазмы дважды изменяет направление на 90°, проходя, по меньшей мере, через два сужения. На стадии развития разряда это приводит к потерям электронов за счет их рекомбинации на поверхности сетки, что является причиной увеличения времени коммутации;

- большие потери мощности из-за падения напряжения в сужениях экрана и сетки;

- большое время деионизации анодно-сеточного пространства, обусловленное длиной пути от анода до экрана сетки.

Известен газоразрядный прибор с холодным катодом, содержащий расположенные в герметичной оболочке электроды - анод, первый катод с полой камерой, ограниченной металлической стенкой с отверстиями, вспомогательный анод и второй катод, расположенный с противоположной относительно основного анода части прибора [2].

В этом приборе конструкция первого катода выполнена аналогично конструкции управляющей сетки тиратрона и выполняет ее функции. Поэтому все недостатки, присущие водородному тиратрону, присущи и этому прибору. Помимо того, в случае большой загрузки током первого катода происходит его разогрев и распыление, что приводит к снижению срока службы и стабильности работы прибора.

Известен способ формирования высоковольтных импульсов, который позволяет использовать импульсный водородный тиратрон и псевдоискровой разрядник для прерывания тока в схемах с индуктивным накопителем энергии [3].

Недостатком применения тиратрона и псевдоискрового разрядника в этом способе формирования высоковольтных импульсов заключается в большом времени обрыва разряда, которое обусловлено тем, что расстояние от экрана сетки до анода больше расстояния от поверхности сетки до анода в два-три раза. Увеличение пути, проходимого электронами, приводит к увеличению числа новых электронов, электрического тока и соответственно времени выключения. Электрический ток рассчитывается по формуле i(x)=I₀e^αx, где I₀ - начальный ток, α - коэффициент ударной ионизации, x - межэлектродное расстояние. Отсюда видно, что увеличение расстояния в 2-3 раза увеличивает ток в 10-20 раз.

От этих недостатков свободна предлагаемая конструкция прибора.

Основной технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени коммутации при включении газоразрядного коммутирующего прибора и при его выключении, а также упрощение конструкции прибора.

Технический результат достигается тем, что в газоразрядном коммутирующем приборе, содержащем анод, катод, вспомогательные электроды и управляющую сетку, находящиеся в оболочке с газовым наполнением, управляющая сетка выполнена с одной и более наклонными щелями, ширина которых выбирается по формуле d≤hcosβ, где d - ширина щели, h - толщина сетки, β - угол наклона стенки щели относительно поверхности сетки, при этом углы наклона стенок щели могут быть различными, так что ширина щели со стороны анода больше, чем со стороны катода, а поверхности стенок щели покрыты антиэмиссионным веществом либо веществом с большой вторичной электронной эмиссией (см. чертеж).

Наклонная щель выполняется таким образом, чтобы электрическое поле анода не проникало в катодно-сеточное пространство. Для этого угол наклона и ширину щели необходимо выбирать из условия d≤hcosβ, где d - ширина щели, h - толщина сетки, β - угол наклона стенки щели относительно поверхности сетки (см. чертеж). Кроме того, такая конструкция сетки позволяет использовать ее без экрана, что делает конструкцию более простой.

При прохождении электронов сквозь щель происходит усиление электрического тока за счет вторичной электронной эмиссии со стенок щели, что способствует уменьшению времени коммутации. Для усиления этого эффекта необходимо покрыть поверхность стенок щели веществом с большим коэффициентом вторичной электронной эмиссии. Кроме того, путь, который проходит электрон в сетке с щелью меньше пути, который он проходит в сетке с экраном. Что также способствует уменьшению времени коммутации.

Прерывание тока прибором происходит во время обрыва электрического разряда в сужении столба разряда. После этого начинается распад плазмы в приборе. Длительность коммутации определяется временем деионизации пространства анод-сетка прибора. Деионизация пространства происходит в результате двух конкурирующих процессов - процессов рождения и гибели зарядов. Для уменьшения времени коммутации необходимо уменьшать число вновь появившихся электронов и увеличивать число зарядов, ушедших в единицу времени из объема. Новая конструкция сетки позволяет уменьшить в 2-3 раз путь, проходимый электроном от сетки до анода по сравнению с прототипом, а это в 10-20 раз уменьшает число вновь образовавшихся электронов в результате ионизации в объеме анод-сетка. Для уменьшения рождения электронов в результате ион-электронной эмиссии с поверхности сетки ее необходимо покрыть веществом, уменьшающим эмиссию с ее поверхности.

В новой конструкции сетки электроны движутся под углом к поверхности анода, что также способствует уменьшению времени коммутации на стадии развития разряда и во время его обрыва.

При выполнении наклонных щелей в виде концентрических окружностей, щелевая сетка позволяет фокусировать поток электронов на поверхность анода, что дает новый эффект при использовании этого прибора в качестве источника рентгеновского излучения.

Источники информации

1. Фогельсон Т.Б. и др. Импульсные водородные тиратроны. М., Сов. радио. 1974.

2. Патент №2089003, кл. Н01T 2/00.

3. Патент №2210180 С2, кл. Н03K 3/53.

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к газоразрядным коммутаторам низкого давления типа тиратрон, псевдоискровой разрядник, и может быть использовано при создании коммутаторов тока для электронной техники. Газоразрядный коммутирующий прибор содержит анод, катод, вспомогательные электроды и управляющую сетку, находящиеся в оболочке с газовым наполнением. Управляющая сетка выполнена с одной и более наклонными щелями, ширина которых выбирается по формуле d≤hcosβ, где d - ширина щели, h - толщина сетки, β - угол наклона стенки щели относительно поверхности сетки. Углы наклона стенок щели могут быть различными, так что ширина щели со стороны анода больше, чем со стороны катода, а поверхности стенок щели покрыты антиэмиссионным веществом, либо веществом с большой вторичной электронной эмиссией. Техническим результатом является уменьшение времени коммутации при включении и при выключении прибора, а также упрощение конструкции прибора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоразрядный коммутирующий прибор, содержащий анод, катод, вспомогательные электроды и управляющую сетку, находящиеся в оболочке с газовым наполнением, отличающийся тем, что управляющая сетка выполнена с одной и более наклонными щелями, ширина которых выбирается по формуле d≤hcosβ, где d - ширина щели, h - толщина сетки, β - угол наклона стенки щели относительно поверхности сетки.2. Газоразрядный коммутирующий прибор по п.1, отличающийся тем, что поверхности стенок щели покрыты антиэмиссионным веществом.3. Газоразрядный коммутирующий прибор по п.1, отличающийся тем, что поверхности стенок щели покрыты веществом с большой вторичной электронной эмиссией.4. Газоразрядный коммутирующий прибор, содержащий анод, катод, вспомогательные электроды и управляющую сетку, находящиеся в оболочке с газовым наполнением, отличающийся тем, что управляющая сетка выполнена с одной и более наклонными щелями, углы наклона стенок щели относительно поверхности сетки различны, при этом ширина щели со стороны анода больше, чем со стороны катода.