Источник высоковольтных импульсов Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

Изобретение OTFIOCHTCH к импульсной технике, в частности к генераторам с использованием элементов,аккумулирующих энергию и разряжаемых через нагрузку с помощью переключакицих устройств, и предназначено для питания импул-ьсных рентгеновских трехэлектродных трубок.

Известен источник ВЫСОКОВОЛЬТНЕЛХ ир/тульсов, содержащий рентгеновскую трубку с заземленным катодом и анодом, на который подаются высоковольтные импульсы от импульсного трансформатора. Первичная цепь трансформатора содержит накопительную емкость, зарядный выпрямитель и коммутатор. Генератор поджигающих импульсов вырабатывает поджигающий импульс, подаваемый на поджигающий электрод трубки через регулируемую линию задерм:ки. Запуск коммутатора осуществляб;тся импульсог1, поступающим непосредственно от генератора поджигающих импульсов l .

К недостаткам устройства следует отнести его с:рожность, обусловленную необходимостью подачи поджигающего импульса через регулируемую линию задержки, необходимостью использования высоковольтного генератора поджига, и недостаточную мощность рентгеновского излучения.

Наиболее близким техническим ращением к изобретению является источник высоковольтных импульсов, содержащий первичный накопитель энергии в виде конденсаторной батареи, формирователь высоковольтного иьтульса в виде индуктивного накопителя и коммутатор в виде взрываемой проволочки J .

Недостатком этого технического решения являются низкие функциональные возможности, что объясняется тем, что такой источник может генерировать только один высоковольтный импульс и не может быть использован для питания трехэлектродной нагрузки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника, в частности обеспечение возможности питания мощной трехэлектродной импульсной рентгеновской трубки.

Поставленная цель достигается тем что источник высоковольтных импульсов, содержащий первичный накопитель энергии в виде конденсаторной батареи, формирователь высоковольтного импульса в виде индуктивного накопиталя и коммутатор в виде взрываемой проволочки, снабжен формирователем второго высокевольтного импульса, выполненным в виде последовательно соединенной с коммутатором цепочки параллельно включенных взрываемых проводников и разрядного промежутка например поджигающего промежутка трехэлектродной рентгеновской трубки, коммутатор формирователя второго высоковольтного импульса выполнен в виде части взрываемой проволочки, включенной параллельно разрядному, например поджигающегту, промежутку.

Изобретение дает возможность получать два мощных иппульса, разделенных во времени (для анодного питания и поджигающего промежутка).

На фиг.1 приведена схема источника высоковольтных импульсов на фиг.2 - диаграммы тока и напряжения

Источник высоковольтных имп-ульсов содержит высоковольтный выпрямитель 1, батарею 2 накопительных конденсаторов, накопительную индуктивность 3, коммутирующий разрядник 4, взрываемую проволочку 5, проводник б, обладающий свойствами взрываемого и служащий формирователем поджигающего импульса, разделительный разрядник 7, рентгеновскую трубку 8, имеющую поджигающий электрод 9, катод 10 и игольчатый анод 11.

Высоковольтный выпрямитель 1 через батарею 2 накопительных конденсаторов, накопительную индуктивность 3 и разделительный разрядник 7 соединен с игольчатым анодом 11 рентгеновской трубки 8. Выход индуктивности 3 через взрываемую проволочку 5 и проводник 6 соединен с выходом ког илутирующего разрядника 4, соединенного с катодом 10. Вход коммутирующего разрядника 4 соединен с выходом высоковольтного выпрямителя 1, выход взрываемой проволочки 5 соединен с поджигающим электродом 9.

Работу устройства можно пояснить с помощью диаграмм тока и напряжения, представленных на фиг.2, где t -- общий ток во взрываемой проволочке,

LI напряжение на взрываемой проволочке, ток в рентгеновской

Ьртрубке ,

L)j,g,- напряжение на поджигающем промежутке.

После зарядки конденсаторной батареи 2 от выпрямителя 1 подается ямпульс поджига на коммутирующий разрядник 4. Конденсаторная батарея 2 разряжается на индуктивность 3 через взрываемую проволочку 5. Формирование анодного напряжения осуществляется выбором параметров взрываемой проволочки 5 (сечение, длина, число параллельно присоединяемых проводников).

Оптимально выбранные параметры обеспечивают максимум напряжения в Iмомент, соответствующий максимуму

тока в цепи при замене проволочек ТОЛСТ1Д111 проводниками (пунктир на фиг.2а) .

Формирование поджигающего импульса :происходит. следующим образом. Напряжение с подвижного контакта подается на поджигающий электрод 9, расположенный в вакуумном объеме трубки 8 в непосредственной близости катода 10, Скорость роста напряжения на взрываемой проволочке 5 неодинанова в процессе взрыва: вначале напряжение изменяется медленно, а в момент максимума очень быстро (фиг.2б Напряжение на поджигающем электроде 9 в начальной стадии процесса воспро изводит фор1«1у напряжения на проволочке 5. Когда напряжение на поджигающе электроде 9 достигает пробивной величины фиг.2г), происходит срез напряжения после форгдарования искрового разряда между катодом 10 и поджигающим электродом 9. -Путем изменения места положения подвижного контакта регулируется доля напряжения, прикладываемая к поджигаемому промежутку, и тем самым изменяется крутизна нарастания этого напряжения и соответственно изменяется момент формирования пробоя в поджигающем промежутке. На фиг.2-2 сплошной линией показано напряжение на поджигающем электроде 9. Момент появления искры 3 поджигающем промежутке - i, , а время опережения поджига показано стрелкой между моментом i,, и моментом максимума напряжения на проволочке (im нз фиг.28 Изменение момента подвига показано на фиг.22, штриховыми линиями для двух полох ений подвижного контакта: вьлие(П) и ниже Ш) первоначально рассмотренного полокения 1 , что соответствует трем режимам.

Формирование разрядного тока в трубке происходит после пробоя (на фиг.251 разделительного разрядника 7. На фиг. 2 б этот момент обозначен буквой tp . Форма разрядного тока в

трубке (фиг.2&) такова, что максиму напряжения совпадает по времени с максимумом тока. Этим обеспечивается максимум интенсивности рентгеновского излучения. Характерно также, что гю.мент появления поджига в катоде (in) опережает пробой разделительного разрядника (tp) и начало роста тока в трубсе. Штриховыми линиями на фиг.2К и фиг.28 показаны соответственно изменения напряжения в цепи и тока в трубке при изменении условий поджига за счет регулировки момента опережения. При раннем поджиге плазма вспомогательной искры в разрядном промежутке заполняет большую часть пространства. Поэтому сопротивление промежутка снижается, ток трубки растет, но при этом уменьшается перепад общего тока (.и в.п ок в взрываемой проволочке, -itp ток трубки) и снижается генерируемый импульс напряжения. Интенсивность излучения будет ниже оптимальной. При малом опережении поджига (режим Щ) плазма вспомогательной искры tie успевает распространяться в разрядном промежутке трубки, и величина его разрядного сопротивления остается большой. В этом режиме напряжение будет большим, а ток трубки малый (относительно оптимального режима I . Соответственно интенсивность тоже будет низкой (как и в режиме . По отношению к известным установкам с рабочими напряжениями порядка 100400 кВ получено увеличение в 2,5 раза расстояния между анодом трубки, облучаег/игл образцом и регистрирующей системой. Возможность регистрации дифракционной картины на большем расстоянии подтверждает увеличение более чем на порядок интенсивности полезной части характеристического излучения трубки. Причем такая схема питания трехэлектродной трубки обладает большой надежностью и проста в реализации.

1. ИСТОЧНИК ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий первичный накопитель энергии в виде конденсаторной батареи, формирователь высоковольтного импульса в виде индуктивного накопителя и коммутатор в виде взрываемой проволочки, о т л и ча рщийся тем, что, с целью рас1аирения его функциональных возмохсностей путем обеспечения работы на мощный импульсный потребитель энергии, он снабжен формирователем второго высоковольтнопо импульса, выполненным в виде последовательно соединенной с коммутатором цепочки паращлельно включенных взрываег 1ых проводников и разрядного промежутка, например поджигающего промежутка трехэлектродной рентгеновской трубки. 2. Источник по п.1, отличающий с я тем, что коммутатор формирователя второго высоковольтного импульса выполнен в виде части взрываемой проволочки, включенной g параллельно разрядному, например под-) (Л жигающему, промежутку.