Генератор высоковольтных импульсов Российский патент 2020 года по МПК H03K3/00 H03K3/53 

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике и может использоваться в качестве источника для накачки лазеров, питания импульсных ускорителей, источников высокочастотного излучения и др.

Требования к источникам определяются параметрами устройств, в которых они используются. Характерные значения напряжений и токов для широкого спектра источников составляют десятки-сотни киловольт и десятки-сотни килоампер. Требуемая длительность импульса, как правило, находится в диапазоне от единиц до нескольких сотен наносекунд. Еще более жесткие требования предъявляются к длительности фронта нарастания и спада импульса напряжения. По возможности форма импульса должна быть близкой к прямоугольной. Немаловажным требованием является компактность исполнения генератора, которая позволяет легко интегрировать его в различные системы.

Достигнутые технологии изготовления импульсных конденсаторов с высокой плотностью запасаемой энергии предоставили возможность создания компактных и энергоемких генераторов высоковольтных импульсов наносекундной длительности. В известной работе [Кучинский Г. С., Вехорева Л. Т., Шилин О. В. Принципы конструирования мощных формирующих линий высокого напряжения для создания импульсов нано- и микросекундного диапазона. Электричество №9, 1997, с. 18 – 21.] представлен подробный анализ результатов создания высоковольтных одинарных искусственных формирующих линий (ОФЛ), которые формируют импульсы напряжения по форме, близкой к прямоугольной. Такие линии состоят из нескольких одинаковых звеньев в виде последовательного соединения секций, выполненных по технологии, применяемой при изготовлении секций импульсных малоиндуктивных конденсаторов. Длительность формируемого импульса напряжения находится в прямой зависимости от количества звеньев. Отличительной особенностью звеньев является высокая плотность запасаемой энергии, которая обеспечивается в результате использования изоляционных материалов с высокими удельными энергетическими характеристиками. С учетом низких массогабаритных характеристик такие линии находят применение в компактных импульсных генераторах. На низкоомной согласованной нагрузке линии позволяют формировать импульсы напряжения амплитудой 50-100 кВ с длительностью переднего фронта порядка 30 нс, при этом амплитуда тока может достигать десятков килоампер. Частота следования импульсов зависит от конкретных исполнений и может достигать 1 кГц. Параметры ОФЛ, индуктивность Lл и емкость Сл, определяются по заданным значениям сопротивления нагрузки R и длительности импульса τ из соотношений: Lл = nLя = τR/2; Cл = nCя = τ/2R, где: n – количество звеньев; Lя – индуктивность звена; Cя – емкость звена. Для согласованного режима волновое сопротивление линии ρ = R = (Lя/Ся)1/2. При зарядке линии от источника напряжения энергия запасается в емкостях всех звеньев, соединённых в этом режиме параллельно. Для коммутации линии применяются различные устройства, в том числе газовые разрядники и полупроводниковые ключи. В зависимости от конкретного исполнения генератора коммутирующие устройства устанавливаются на выходе линии перед нагрузкой, либо на входе линии. Во втором варианте между линией и нагрузкой, как правило, устанавливаются импульсные трансформаторы [Евтянов С.И., Редькин Г.Е. Импульсные модуляторы с искусственной линией. - М., «Сов. радио», 1973. с.6]. Чтобы сократить искажения на фронте выходного импульса соединения ОФЛ с коммутирующими устройствами и нагрузкой выполняются в низкоомном исполнении.

В режиме максимальной мощности, когда сопротивление нагрузки R равно волновому сопротивлению линии ρ, амплитуда напряжения на нагрузке составляет половину зарядного напряжения линии. [Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. - М., «Сов. радио», 1974. с.67]. Это является основным ограничением в применении одинарных формирующих линий и их главным недостатком.

Известен генератор высоковольтных импульсов [В.А. Бурцев, П.Н. Аруев, Е.П. Большаков, В.В. Забродский, Н.В. Калинин, В.А. Кубасов, В.И. Чернобровин. Мягкое рентгеновское излучение малоиндуктивного капиллярного разряда. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура. 2010, № 5(31), с. 251-264.], выполненный на основе двойной искусственной формирующей линии (ДФЛ). Такая ДФЛ состоит из двух одинаковых ОФЛ, соединенных по свернутой схеме и размещенных в изоляционном корпусе прямоугольного сечения, заполненного жидким диэлектриком. Выводы ДФЛ расположены на противоположных стенках корпуса. С низковольтной стороны установлено три группы входных контактов. Средняя группа контактов предназначена для соединения с высоковольтным источником напряжения. Между средней и одной из внешних групп контактов устанавливается коммутирующее устройство, в данном случае линейный газовый разрядник. В зависимости от полярности источника напряжения используется одна из внешних групп контактов. С высоковольтной стороны ДФЛ установлено две группы выходных контактов. К этим группам присоединяется резистор зарядного контура, контакт заземления и последующие устройства генератора. Для коммутации ДФЛ используется управляемый линейный газовый разрядник с искажением электрического поля. Разрядник имеет диэлектрическую камеру, внутри которой установлены два основных и один промежуточный электрод. Основные электроды соединены с входными контактами ДФЛ. К промежуточному электроду через разделительный конденсатор и демпферное сопротивление присоединен выход импульсного кабельного повышающего трансформатора. На выходе ДФЛ установлен аналогичный обостряющий линейный газовый разрядник с пассивным запуском. К выходному электроду этого разрядника присоединены центральные жилы передающей кабельной линии. Повышающий импульсный кабельный трансформатор, управляемый и обостряющий газовые разрядники, а также двойная формирующая линия размещены в металлическом баке с жидким диэлектриком.

Недостатком известного технического решения является его низкая надежность, обусловленная ограниченной электрической прочностью изоляции кабелей передающей линии. Напряженность электрического поля в линии значительно превышает допустимые значения для изоляции радиочастотных кабелей.

Известен также генератор высоковольтных импульсов [патент на изобретение RU 2710049, опубл. 24.12.2019 г.], в состав которого входят высоковольтные источники, используемые для зарядки накопительного конденсатора тиратронного генератора и ДФЛ, тиратронный генератор, который формирует пусковой высоковольтный импульс напряжения, металлический бак с жидким диэлектриком, в котором размещены последовательно соединенные импульсный кабельный трансформатор, линейные газовые разрядники, двойные искусственные формирующие линии и токосборный узел. С внешней стороны бака к токосборному узлу последовательно присоединены газовый кольцевой обостритель, коаксиальная предающая линия, коаксиальная конусная согласующая линия и капиллярная электроразрядная нагрузка.

Недостатком известного генератора является низкая надежность. В данном генераторе применен токосборный узел, который присоединен непосредственно к выходным контактам ДФЛ и обеспечивает параллельное подключение ДФЛ к газовому кольцевому обострителю импульсов и соответствующей нагрузке. После зарядки ДФЛ и накопительного конденсатора тиратронного генератора от высоковольтных источников напряжения производится запуск тиратрона. После коммутации тиратрона импульс высокого напряжения через кабельную линию поступает на первичную обмотку импульсного трансформатора. Со вторичной обмотки трансформатора импульс напряжения, увеличенный по амплитуде примерно в три раза, поступает на промежуточный электрод линейного газового разрядника. В результате искажения электрического поля в зазорах разрядника происходит его коммутация и на выходе ДФЛ формируется импульс высокого напряжения, который поступает на электроды токосборного узла. В зависимости от условий срабатывания кольцевого обострителя импульсов амплитуда напряжения на внутреннем электроде токосборного узла может достигать удвоенной величины зарядного напряжения ДФЛ. Поэтому определяющим требованием к конструктивному исполнению токосборного узла является надежная работа при высоких напряженностях электрического поля.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы генератора.

Заявляемый технический результат достигается тем, что генератор высоковольтных импульсов, содержащий высоковольтные источники напряжения, тиратронный генератор, соединенный последовательно с размещенными в металлическом баке с жидким диэлектриком импульсными трансформаторами, линейными газовыми разрядниками, двойными искусственными формирующими линиями (ДФЛ), токосборным узлом, выполненным согласно изобретению в виде коаксиальной линии, состоящей из двух соосных протяженных внутреннего и внешнего электродов в виде металлических труб, герметично соединенных с кольцевым обострителем импульсов, причем внешний электрод герметично зафиксирован в проходном отверстии стенки бака.

Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что токосборный узел внутри бака выполнен многозвенным из соединенных между собой отрезков коаксиальных линий.

Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что двойные искусственные формирующие линии размещены с одной или с двух сторон токосборного узла.

Таким образом, за счет всей совокупности существенных признаков изобретения достигается заявленный технический результат, поскольку предлагаемое коаксиальное строение токосборного узла в баке с жидким диэлектриком позволяет согласовать его волновое сопротивление с суммарным волновым сопротивлением двойных искусственных формирующих линий. За счет коаксиальной соосной геометрии двух электродов токосборный узел имеет компактное исполнение и позволяет обеспечить эффективный сбор энергии с ДФЛ и передачу ее в нагрузку при минимальной индуктивности и минимальных полях рассеивания. С применением жидких диэлектриков с высокими допустимыми рабочими напряженностями достигается необходимая электрическая прочность соединений токосборного узла, в результате повышается надежность работы генератора.

Сущность заявляемого изобретения и варианты его реализации раскрыты в нижеследующем описании и на фигурах.

На Фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого генератора высоковольтных импульсов с двумя двойными формирующими линиями, размещенными с одной стороны коаксиального токосборного узла.

На Фиг. 2 представлены выходные осциллограммы, снятые с каналов сбора данных генератора.

На Фигурах обозначено:

1 – высоковольтный источник напряжения зарядки ДФЛ;

2 – высоковольтный источник напряжения зарядки накопительного конденсатора тиратронного генератора;

3 – тиратронный генератор (ТГ);

4 – металлический бак с жидким диэлектриком;

5 – импульсный кабельный трансформатор;

6 – линейный газовый разрядник;

7 – двойные искусственные формирующие линии (ДФЛ);

8 – коаксиальный токосборный узел;

9 – газовый кольцевой обостритель импульсов;

10 – внутренний высоковольтный электрод токосборного узла;

11 – внешний электрод токосборного узла;

12 – проходное отверстие в стенке бака;

13 – присоединительные резьбовые отверстия внутреннего электрода;

14 – проходное отверстие внешнего электрода;

15 – присоединительные резьбовые отверстия внешнего электрода;

16 – отрезок (звено) коаксиальной линии токосборного узла;

17 – полосковые линии с пленочной изоляцией;

18 – коаксиальная передающая линия с жидким диэлектриком (ПЛ);

19 – конусная согласующая линия;

20 – электроразрядная капиллярная нагрузка;

21 – тиратрон;

22 – накопительный конденсатор;

23 – экранированный корпус;

24 – радиочастотный кабель;

25 – демпфирующее сопротивление;

26 – разделительный конденсатор;

27 – высокоомный делитель напряжения;

28 – емкостной делитель напряжения;

29 – блок управления и коммутации тиратрона;

30 – сопротивления в зарядном контуре ДФЛ;

31 – высоковольтный омический делитель напряжения ТГ;

32 – высоковольтный омический делитель напряжения ДФЛ;

33 – емкостной делитель напряжения ПЛ;

34 – магнитоиндукционный датчик тока;

35 – напряжение тиратронного генератора;

36 – напряжение на выходе ДФЛ;

37 – напряжение передающей линии с жидкой изоляцией;

38 – ток в активном эквиваленте нагрузки.

Генератор высоковольтных импульсов (Фиг. 1) включает в себя высоковольтный источник 1 напряжения зарядки ДФЛ, высоковольтный источник 2 напряжения зарядки накопительного конденсатора тиратронного генератора, тиратронный генератор (ТГ) 3, размещенные в металлическом баке 4 с жидким диэлектриком (на чертеже не показано) импульсный кабельный трансформатор 5 с коэффициентом трансформации 1/3, линейный газовый разрядник 6 с тремя электродами, двойные искусственные формирующие линии (ДФЛ) 7, коаксиальный токосборный узел 8, соединенный с размещенным вне бака газовым кольцевым обострителем 9 импульсов. Установка кольцевого обострителя 9 импульсов за пределами бака предоставляет возможность присоединения различных нагрузок.

Токосборный узел 8 состоит из двух металлических соосных протяженных электродов внутреннего высоковольтного 10 и внешнего 11, при этом внешний электрод 11 герметично зафиксирован в проходном отверстии 12 бака. На внутреннем высоковольтном электроде 10 размещены радиальные присоединительные резьбовые отверстия 13. В стенке внешнего электрода 11 имеется проходное отверстие 14, с двух сторон от этого отверстия размещены радиальные присоединительные резьбовые отверстия 15. При этом размер отверстия 14 вдоль оси электрода равен ширине ДФЛ 7, а перпендикулярно оси равен половине ширины ДФЛ 7, при этом соединения электродов 10 и 11 с выводами контактных групп ДФЛ 7 выполнены металлическими шинами шириной, равной расстоянию между выводами контактной группы ДФЛ 7. Применение соединительных шин с жидкой/пленочной изоляцией обеспечивает равномерное распределение передаваемого тока и минимизирует индуктивность соединений, что позволяет исключить/сократить искажения на фронте передаваемого импульса напряжения.

Для реализации подключения дополнительного количества ДФЛ 7 токосборный узел 8 может быть выполнен многозвенным из соединенных между собой отрезков 16 коаксиальной линии. Предлагаемое решение многозвенного исполнения токосборного узла 8 позволяет осуществить параллельное подключение необходимого количества ДФЛ 7 к газовому кольцевому обострителю 9 импульсов и соответствующей нагрузке.

Соединения ДФЛ 7 с линейным газовым разрядником 6 и токосборным узлом 8 выполнены полосковыми линиями 17 с жидкой/пленочной изоляцией (на чертеже не показано). Поскольку в генераторах с формированием импульсов наносекундной длительности особые требования предъявляются к соединениям между составными устройствами, то соединения должны надежно передавать значительные импульсные токи и не вносить существенных искажений в форму импульсов. Такими свойствами обладают, например, микрополосковые линии с твердой изоляцией. Однако у таких линий ограничена амплитуда напряжения передаваемого импульса, что связано с низкой электрической прочностью изоляции. Кроме того, такие линии жесткие и имеют, как правило, линейное исполнение. Поэтому в предлагаемом техническом решении соединения в генераторе могут быть выполнены гибкими полосковыми линиями 17 с жидкой/пленочной изоляцией, причем ширина линий соизмерила с шириной стенки с выводами ДФЛ 7. За счет гибкости таким линиям 17 легко придать необходимую геометрию при минимальной индуктивности.

Выход кольцевого обострителя 9 импульсов соединен последовательно с коаксиальной передающей линией 18 с жидким диэлектриком, конусной согласующей линией 19 с жидкостной/элегазовой изоляцией и электроразрядной капиллярной нагрузкой 20. Оборудование тиратронного генератора в составе тиратрона 21 и накопительного конденсатора 22 размещено в экранированном корпусе 23. Выход тиратронного генератора соединен с первичной обмоткой импульсного кабельного трансформатора радиочастотным кабелем 24. Вторичная обмотка импульсного трансформатора соединена с электродами линейного разрядника 6 через демпфирующее сопротивление 25 и разделительный конденсатор 26. Между электродами линейного разрядника 6 установлен высокоомный делитель 27 напряжения и емкостной делитель 28 напряжения. Управление и коммутация тиратрона 21 производятся блоком 29. Между выходными контактами ДФЛ 7 установлены сопротивления зарядного контура 30 ТВО 10 Вт 2,4 кОм. Резисторы изолированные серии ТВО с объемным токопроводящим слоем относятся к композиционным резисторам. Резистор ТВО – теплостойкий, влагостойкий и опрессованный, предназначенный для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Проводящий слой композиционных резисторов состоит из смеси проводящего элемента, например, графита или сажи с органическими или не органическими связующими (фенольные и эфирные смолы) с наполнителем, пластификатором и отвердителем.

Для регистрации импульса напряжения тиратронного генератора используется высоковольтный омический делитель 31 на основе сопротивлений типа ТВО, импульса напряжения на выходе ДФЛ – высоковольтный омический делитель 32 на основе сопротивлений типа ТВО, импульса напряжения в передающей линии с жидким диэлектриком – емкостной делитель 33. Для регистрации тока в электроразрядной капиллярной нагрузке используется магнитоиндукционный датчик 34.

ДФЛ 7 могут быть размещены как с одной стороны токосборного узла 8, так и с разных. Размещение хотя бы двух ДФЛ 7 с одной стороны токосборного узла 8 и коммутация их одним линейным газовым разрядником 6 дополнительно позволит обеспечить надежную синхронную работу их на общую нагрузку в широком диапазоне зарядных напряжений. При условии размещения ДФЛ 7 с двух сторон токосборного узла возникает необходимость коммутации их отдельными линейными газовыми разрядниками 6. При этом с применением нескольких линейных газовых разрядников 6, работающих в параллель, необходимо обеспечить их синхронное срабатывание. Даже при незначительном разбросе времени срабатывания отдельных разрядников возникает колебательный процесс между ДФЛ 7 и, в результате, искажается импульс напряжения на выходе ДФЛ 7.

Генератор высоковольтных импульсов работает следующим образом.

От газовой системы (на чертеже не показано) заполняется газом до необходимого давления линейный газовый разрядник 6, газовый кольцевой обостритель 9 импульсов и конусная согласующая линия 19. С помощью вакуумной системы (на чертеже не показано) выполняется вакуумирование электроразрядной капиллярной нагрузки 20 с последующим напуском газа (на чертеже не показано) до нужного давления.

В качестве частного решения предложено исполнение нагрузки в виде последовательного присоединения коаксиальной предающей линии с жидким диэлектриком, конусной согласующей линии с жидким диэлектриком и электроразрядной капиллярной нагрузки 20.

Производится зарядка ДФЛ 7 от источника 1 до необходимого напряжения. При максимальном зарядном напряжении 100 кВ в ДФЛ 7 может запасаться порядка 100 Дж. Волновое сопротивление ДФЛ порядка 6,8 Ом, длительность формируемого импульса около 100 нс. Зарядное напряжение равномерно распределяется между газовыми промежутками линейного газового разрядника 6 с помощью высокоомного делителя 27 напряжения из сопротивлений КЭВ 5 Вт 100 МОм и емкостного делителя 28 напряжения из конденсаторов КВИ-1 20 кВ 4,7 пФ.

От высоковольтного источника напряжения 2 заряжается накопительный конденсатор 22 тиратронного генератора 23. В качестве тиратрона в генераторе может быть применен мощный тиратрон ТПИ1-10к/50 с не накаливаемым катодом [А. В. Акимов, П. А. Бак, А. А. Корепанов, П. В. Логачев, В. Д. Бочков, Д. В. Бочков, В. М. Дягилев, В. Г. Ушич. Применение тиратронов с ненакаливаемым катодом для формирования серии высоковольтных сильноточных импульсов. Вестник НГУ, Серия: Физика, 2008, том 3, выпуск 4, с. 68-73]. Такой тиратрон, предназначенный для импульсной коммутации емкостных накопителей в субмикросекундном и микросекундном диапазонах длительностей, выполнен в виде тетродной двухсекционной конструкции и имеет металлокерамический корпус. Внутренняя структура состоит из анода, градиентной сетки, катода, управляющей сетки и электрода предионизации. Для надежной работы тиратрона рекомендована схема двухимпульсного управления. На электрод предионизации подается напряжение постоянного вспомогательного разряда 0,8÷1,5 кВ и импульс предионизации 1÷3 кВ, на сетку подается постоянное отрицательное смещение 50÷150 В и импульс запуска 2÷6 кВ. Запуск тиратрона осуществляется от комплектного блока управления, либо дистанционно от генератора стандартных импульсов, например, АКИП-3303. Накопительные конденсаторы в ТГ предпочтительно использовать керамические высокочастотные.

В результате коммутации тиратрона 21 блоком управления и коммутации 29 сформированный в ТГ импульс высокого напряжения через кабель 24 поступает на первичную обмотку импульсного кабельного трансформатора 5.

Умноженный по амплитуде импульс напряжения далее через демпферный резистор 25 /ТВО 2 Вт 51 Ом/ и разделительный конденсатор 26 /HVCA 40 кВ 1,3 нФ/ поступает на средний электрод линейного газового разрядника 6 и обеспечивает его коммутацию. Исполнение геометрии электродов этого разрядника по аналогии с решением [Е.П. Большаков, В.А. Бурцев. Патент № 2247453. БИ № 6, 2005. Многоканальный рельсовый разрядник] способствует многоканальному режиму коммутации, что является определяющим при параллельном соединении нескольких ДФЛ. Гибкие плоские соединительные полосковые линии 17 с пленочной изоляцией выбираются по ширине электродов, соизмеримой с шириной стенки ДФЛ 7, на которой установлены выводы. Толщина пленочной изоляции определяется электрической прочностью выбранного диэлектрика, но должна предельно сокращаться. Ширина пленочной изоляции выбирается из требований электрической прочности между электродами линии по поверхности пленки.

После коммутации линейного газового разрядника 6 импульс напряжения, сформированный ДФЛ 7, через полосковую линию 17 прикладывается к электродам 10 и 11 коаксиального токосборного узла 8. Для присоединения полосковой линии в электродах токосборного узла имеются присоединительные резьбовые отверстия 13 и 15, а также проходное отверстие 14 во внешнем электроде 11 узла 8.

Волновое сопротивление коаксиала токосъемного узла 8 выбирается близким к общему волновому сопротивлению соединенных параллельно ДФЛ 7. Для конкретного исполнения с двумя ДФЛ 7 это сопротивление составляет примерно 4 Ом.

Далее высоковольтный импульс от токосборного узла 8 поступает на газовый кольцевой обостритель импульсов 9, где происходит обострение переднего фронта импульса за счет задержки в коммутации газовых зазоров.

После газового обострителя 9 импульс напряжения через передающую линию 18 с жидким диэлектриком и конусную согласующую линию с жидкостной/элегазовой изоляцией прикладывается к электроразрядной капиллярной нагрузке 20. Волновое сопротивление линий выбирается близким к общему волновому сопротивлению соединенных параллельно ДФЛ.

Устройство в конкретном исполнении имеет следующие параметры:

Генератор высоковольтных импульсов содержит высоковольтные источники 1, 2 напряжения, тиратронный генератор 3, соединенный последовательно с размещенными в металлическом баке 4 с трансформаторным маслом двумя импульсными трансформаторами 5 с коэффициентом трансформации 1:3, двумя линейными газовыми разрядниками 6, двумя двойными искусственными формирующими линиями 7 с волновым сопротивлением 6,8 Ом каждая и длительностью формируемого импульса напряжения 100 нс, размещенными с двух сторон токосборного узла 8 с волновым сопротивлением 10 Ом, газовый кольцевой обостритель импульсов 9, к которому присоединена коаксиальная передающая линия 18 с волновым сопротивлением 3,9 Ом, заполненная жидким диэлектриком в составе смеси глицерина и дистиллированной воды, к которой присоединен омический эквивалент из сопротивлений ТВО-10 Вт с суммарной величиной 4,2 Ом, размещенный в металлической трубе с жидким диэлектриком в составе смеси глицерина и дистиллированной воды.

Соединения ДФЛ 7 с линейным газовым разрядником 6 и токосборным узлом 8 выполнены полосковыми линиями 17 в виде двух медных шин толщиной 2 мм и шириной 90 мм, разделенных полиэтиленовой пленкой толщиной 0,5 мм.

Размеры изоляционного корпуса ДФЛ 7: длина 226 мм, ширина 136 мм, высота 226 мм. Контактные группы из двух шпилек М8 установлены с двух сторон на узких стенках корпуса. На каждой стенке установлено по две контактной группы. Расстояние в горизонте между шпильками в группе 37,5 мм. Расстояние по вертикали между входными контактными группами 95 мм, между выходными 155 мм.

Для регистрации импульса напряжения тиратронного генератора использовался высоковольтный омический делитель 31 на основе ТВО-5 и 0,5 Вт с коэффициентом деления 3026, импульса напряжения на выходе ДФЛ – высоковольтный омический делитель 32 на основе ТВО-10 и 1 Вт с коэффициентом деления 1960, импульса напряжения в передающей линии с жидким диэлектриком – емкостной делитель 33 с коэффициентом 1020. Для регистрации тока в электроразрядной капиллярной нагрузке использовался магнитоиндукционный датчик 34 с чувствительностью 0,375 кА/В.

Линейный газовый разрядник 6 заполнен азотом при давлении 0,2 МПа. Газовый кольцевой обостритель импульсов 9 заполнен азотом при давлении 0,25 МПа.

На Фиг. 2 представлены выходные осциллограммы, снятые с каналов сбора сигналов с датчиков генератора.

Зарядное напряжение накопительного конденсатора 22 тиратронного генератора 25 кВ положительной полярности. Амплитуда импульса напряжения 35 (U1) сформированного тиратронным генератором по сигналу с омического делителя 31 составляет примерно 21,8 кВ, при длительности фронта около 40 нс.

При зарядном напряжении отрицательной полярности ДФЛ равном 75 кВ амплитуда сигнала напряжения с омического делителя 32 составляет 38,7 В, что соответствует 75,9 кВ, 36 (U3). Длительность импульса, формируемого двумя ДФЛ, на полувысоте составляет примерно 110 нс при длительности фронта около 40 нс. Видно, что амплитуда напряжения на выходе ДФЛ близка к величине зарядного напряжения. Амплитуда импульса напряжения, зарегистрированная емкостным делителем 33, установленным на коаксиальной передающей линии 18 после газового кольцевого обострителя импульсов 9, составляет около 70 кВ, 37 (U2) при длительности фронта порядка 16 нс. Очевидно, что после газового кольцевого обострителя 9, скорость нарастания импульса напряжения возрастает примерно в три раза. При этом газовый кольцевой обостритель работал в режиме самопробоя. Длительность фронта импульса тока в эквиваленте нагрузки, зарегистрированного индукционным датчиком 34, составляет примерно 18 нс при амплитуде около 18 кА.

Генератор успешно испытан при зарядных напряжениях ДФЛ вплоть до 100 кВ при различных давлениях газа в газовом кольцевом обострителе. При давлении газа, превышающем напряжение самопробоя обострителя, на выходе ДФЛ и, соответственно, на электродах токосборного узла, возникает импульс напряжения близкий к удвоенному значению относительно зарядной величины.

Таким образом подтверждается надежность генератора.

Возможен другой вариант исполнения устройства, когда генератор высоковольтных импульсов с одной ДФЛ 7 с волновым сопротивлением 10 Ом и кабельным токосборным узлом 8 использовался в источнике излучения на основе малоиндуктивного капиллярного разряда. Эксперименты показали, что такой разряд является универсальным источником коллимированного излучения в диапазоне от мягкого рентгеновского до видимого красно-оранжевого диапазонов, включая экстремальный ультрафиолет (ЭУФ) [V.A. Burtsev, E.P. Bolshakov, N.V. Kalinin, V.A. Kubasov, V.I. Chernobrovin. «Compact EUV laser on low-inductive capillary discharges». In Proc. of 10-th International Conference on X-ray lasers XRL 2006 (August 21-25, 2006, Berlin, Germany). Springer Proc. in Physics115, 2006, p. 676-686]. Перестройка источника на нужный диапазон спектра достигается простым изменением начального давления газа. Этот результат показывает возможность создания многодиапазонного источника излучения для биофизики, бактериологии, литографии и других областей науки и техники.

Таким образом, реализация предложенного устройства за счет его усовершенствования позволит успешно добиться заявленного технического результата.

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике и может использоваться в качестве источника для накачки лазеров, питания импульсных ускорителей, источников высокочастотного излучения и др. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы генератора. Генератор высоковольтных импульсов содержит высоковольтные источники напряжения, тиратронный генератор, соединенный последовательно с размещенными в металлическом баке с жидким диэлектриком импульсными трансформаторами, линейными газовыми разрядниками, двойными искусственными формирующими линиями, токосборным узлом, выполненным согласно изобретению в виде коаксиальной линии, состоящей из двух соосных протяженных внутреннего и внешнего электродов в виде металлических труб, герметично соединенных с кольцевым обострителем импульсов, причем внешний электрод герметично зафиксирован в проходном отверстии стенки бака. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор высоковольтных импульсов, содержащий высоковольтные источники напряжения, тиратронный генератор, соединенный последовательно с размещенными в металлическом баке с жидким диэлектриком импульсными трансформаторами, линейными газовыми разрядниками, двойными искусственными формирующими линиями, токосборным узлом, выполненным в виде коаксиальной линии, состоящей из двух соосных протяженных внутреннего и внешнего электродов в виде металлических труб, герметично соединенных с кольцевым обострителем импульсов, причем внешний электрод герметично зафиксирован в проходном отверстии стенки бака.

2. Генератор высоковольтных импульсов по п. 1, отличающийся тем, что токосборный узел внутри бака выполнен многозвенным из соединенных между собой отрезков коаксиальных линий.

3. Генератор высоковольтных импульсов по п. 1, отличающийся тем, что двойные искусственные формирующие линии размещены с одной или с двух сторон токосборного узла.