Линейный индукционный ускоритель Советский патент 1986 года по МПК H05H11/00 

7 /////////// /

. f Изобретение относится к наносекун ной импульсной технике и предназначе но для генерации мощных импульсов наносекундной длительности на низкоимпедансных нагрузках линейных инду ционнь х ускорителях. Целью изобретения является повьше ние запасаемой энергии и надежности устройства, что позволяет решить про лему снижения влияния краевого эффек та в полосковых двойных формирующих линиях (ДФЛ) и тем самым обеспечить повьпиение рабочей напряженности элек рического поля в основной изоляции, увеличение величины запасаемой энерг в полосковых ДФЛ, что увеличивает ве личину запасаемой энергии, а также Повьшение надежности ускорителя. На фиг. 1 показана полосковая ДФЛ в случае возбуждения индукционной си темы предлагаемого ускорителя; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; н фиг. 3 - схема замещения полосковой ДФЛ и схема подключвния ее к источнику питания; на фиг. 4 .- слабопрово дящие слои; на фиг. 5 - Схема замеще ния слоя; на фиг. 6 - эпюры напряжен |ностей электрического поля вдоль обкладки (ось X) и в изоляции (ось Х,) на фиг.7 - эпюры напряженностей элек трического поля от времени. Ускоритель содержит обкладки 1,2, 3,4 и f , 2, 3, 4 полосковой ДФЛ, причем обкладки 1 и 3 подключены к виткам 5 намагничивания ферромагнитных сердечников 6, помещенных в корпус 7 ускорителя, коммутатор 8, к аноду которого подключены обкладки . 2,4, 2 ,4, нагрузку 9 (электронный пучок), индуктивность 10, коммутирующий прибор 11, источник 12 напряжения, слабопроводящие слои 13, резисторы 14 и конденсаторы 15 и 16 схемы замещения. На фиг. 6 изображены эпюра 17 напряженности электрического поля вдоль обкладки при отсутствии слабопроводящего слоя по оси X, эпюра 18 напряженности электрического поля вдоль оси X при отсутствии слабопроводящего слоя, эпюра 19 напряженности электрического поля вдоль оси X при наличии слабопроводящего слоя и за конечное в.ремя заряда; а на фиг. 7 - эпюра 20 напряжения на обкладках ДФЛ при заряде линии, эпюра 21 напряжения н конденсаторе 16, ближайшем к краю электродов, схемы замещения, эпюра 22 напряжения на конденсаторе 16 на краю слабопроводящего слоя на расстоянии TTd от края электродов. Эпюры 19-22 приведены для случая, когда осуществляется резонансная зарядка формирующей линии за время t, после чего она разряжается на нагрузку за время двойного пробега волны вдоль линии. Ускоритель работает следующим образом. При включении коммутирующего устройства начинается заряд полосковой ДФЛ от источника 12 напряжения через индуктивность 10 по закону с, (1 - ), где U(t) напряжение на формирующей линии с суммарной емкостью С,.; максимальное напряжение на линии (для случая равенства нулю активных сопротивлений в цепи заряда напряжение источника 12 равно кругова.я частота, равная 1 /СсГ, где L - величина индуктивности 10 в цепи заряда полосковой ДФЛ. При достижении напряжения на полосковой ДФЛ V включаются коммутатор 8 и закорачивают обкладки 2, 4 и 1 и линия работает как обьгчная двойная формирующая линия, при этом перемагничиваются ферромагнитные сердечники 6 и на нагрузке 9 индуцируется суммарное напряжение перемагничивания всех сердечников. Вместо витков намагничивания могут быть подключены к обкладкам 1 и 3 различные нагрузки, например электроды газоразрядной камеры и т.д. При заряде формирующей линии и отсутствии слабопроводящего слоя на краях обкладок ДФЛ из-за краевого эффекта возникает повьшгенная напряженность электрического поля, величина которой Е значительно превосходит среднее значение Е , где d расстояние между обкладками. Отношениедля случая л 0,1d, (2) где Л - толщина обкладки. Распределение напряженности электрического поля при отсутствии слабопроводящего слоя показано эпюрами 17 и 18. Электрическоеполе обкладок прЬни кает на глубину примерно ITd от края обкладок и на расстоянии Kd стреми ся к нулю. Для снижения максимальной напряженности электрического поля на краю обкладок предложено каждую обкладку полосковой ДФЛ снабдить слабопроводящим слоем шириной примерно в 7( ра больше толщины изоляции, причем объемное сопротивление слоя должно удов летворять условию и t ПТ ( где ft, , t - относительные диэлектрические проницаемости изоляции линии и материала слабопроводящего слоя. При заряде формирующей линии одновременно с собственной емкостью линии между обкладками 1-4 заряжаются конденсаторы 16, образованные слабопроводящими слоями. Но заряд их происхо дит через материал слоя 13, обладающий объемным сопротивлением. По длине слоя, а в основном на участке слоя прилегающем к обкладке, возникает падение напряжения, которое и уменьшает максимальную напряженность электричес кого поля у края обкладки. При зарядке ДФЛ постоянным напряжением после заряда емкости, образованной слабопроводящими слоями, максимальная напряженность электрического поля будет у края слоя, и. если его геометрия соответствует гео- 40 ную

метрии края обкладки,.то там также будет Е,. При зарядке формирующей линии конденсатор 16, образованный слабопроводящими покрытиями, заряжается. а при формировании рабочего импульса 45

наносекундного диапазона энергии из этой емкости практически не передается в нагрузку, поэтому ширину слоя следует выбирать как можно меньше и наиболее оптимальной является ширина

ления от величины напряженности электрического поля, а также с ростом i :температуры уменьшал свое объемное сопротивление. Такими свойствами обве эпоксидных компаундов. В этом случае, будут улучшаться условия работы материала слоя, прилегающего к обкладкам,и эффективнее нагружаться отдаленные участки слоя. I., равная глубине проникновения электрического поля за край обкладки,т.е. JTd. В то же время уменьшение ширины слоя будет приводить к повышению напряженности электрического поля на краю слабопроводящего слоя. С целью уменьшения потерь в материале слоя следует стремиться к уменьшению ширины слабопроводящего покрытия, но при этом необходимо также уменьшать и время заряда полосковой ДФЛ. При времени заряда полосковой ДФЛ, сравнимой с временем формируемого импульса, ширина слабопроводящего слоя должна удовлетворять условию В этом случае на краю слабопрово- дящего слоя напряженность электрического ПОЛЯ будет равной, примерно средней между обкладками и в дальнейшем начнет увеличиваться. Интервал ширины слабопроводящего слоя (2,5-4)d является наиболее технологически при-емлемым для изготовления формирующей . линии и в то же время обеспечивает использование стандартных источников напряжений без применения специальных, обостряющих цепей типа генератора Аркадьева-Маркса и т.п. Как следует из принципа работы слабопроводящего слоя полосковой ДФЛ, для рассматриваемой схемы замещения наиболее неблагоприятные условия работы имеют резисторы 14, прилегающие к краю обкладок ДФЛ. Поэтому целесообразно, чтобы материал слабопроводя- щего слоя имел обратно пропорциональзависимость объемного сопротив- ладают полимерные соединения на осноIS3

/ /

;f

1

3

IE}

fuz.J

;// r / /rjggs $

.

Ify I

«лг. 5

1 . ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ,, содержащий импульсный источник питания, коммутаторы и полосковую двойную формирующую линию ДФЛ, содержащую четыре или кратное четырем число обкладок с изоляцией между ними, свернутых в спираль Архимеда, отличающийся тем, что, с целью повышения запасаемой энергии и надежности ускорителя, все обкладки полосковой ДФП выполнены равной ширины, а на боковую поверхность каждой из них нанесен слой материа.ла с малой проводимостью, ширина которого в 2,5-4,0 раза больше толщины изоляции между соседними обкладками. 2. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала с малой проводимостью использован материал на основе эпоксид(Л ных компаундов.

20

л-г. 7

2/