Вакуумный разрядник Советский патент 1990 года по МПК H01T2/00 

(46) 15.09.90.БЮЛ. № 34

(21)4134372/24-07(22)17.10.86

(71)Институт сильноточной электроники СО АН СССР

(72)А. Л. Филатов, Ю. А. Котов и С: Ю. Со- ковннн

(53) 621.316.933(088.8) (56) Ковалев В. П. и др. ИГУР-1 - электронный ускоритель с индиктивным накопителем энергии и взрывающимися проводниками. ЖТФ, 1981, т. 51, вып. 9, с. 1865-1869.

Патент ФРГ № 1950090, кл. Н 01 Т 3/00, 1973.

Т. Н. Martin, R; S. Clark. Palsed Misco- second High-Energy Electron Beam-dodlera- tor Rev Sci Instrum., v. 47, № 4, 460-463. 1976.

(54) ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК (57) Изобретение относится к сильноточной импульсной технике. Цель изобретения - увеличение скорости коммутации ресурса работы и уменьшение габаритов. Разрядник содержит катод 1, анод 2, между которыми расположены изоляционные слои 3, разделенные электропроводящими прокладками 4. На электропроводящих прокладках с; вакуумной стороны установлены цилиндрические электроды 5, образующие разрядные промежутки. 1 ил. I табл.

Ю

to

о

05

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике, в частности к искровым разрядникам и может быть использовано для создания сильноточных импульсных ускорителей, мощных лазеров, генераторов СВЧ-излучения и в других сильноточных приборах, в которых требуется сформировать импульйы напряжения и тока с короткой длительностью фронтов.

Целью изобретения являetcя увеличение скорости коммутации, ресурса работы и ум|еньшение габаритов вакуумного разряд- .

На чертеже представлен вакуумный разрядник (продольный осевой разрез).

i Вакуумный разрядник состоит из аксиаль- но; установленных катода и анода 2, разделенных изолятором, выполненным из чередующихся диэлектрических колец 3 и токо- пррводящих прокладок 4. Диэлектрические 3 имеют коническую внутреннюю поверхность, диаметр которой ум еньшается в направлении от анода 2 к катоду 1. Токопроводящие прокладки 4 вы- в виде жолец с цилиндрическими бо|)тиками 5 со стороны отверстия, направленными в сторону катода 1. На поверхности анода 2 установлен цилиндр 6. Катод , цилиндрические бортики 5 прокладок 4 и цилиндр 6 анода 2 образуют ряд последовательно расположенных разрядных промежутков, величина h которых, а также высота d диэлектрических колец 3 изолятора и раз- несть А/ между меньшим радиусом отверстий диэлектрических колец 3 и внешними радиусами цилиндрических бортиков 5 npoкл|адок 4 изолятора-или внешним радиусом цилиндра б анода 2 выбраны в соответствии .с соотношениями

. /1(0,25-0,4 К A/(0,15-0,3)d.

Разрядник работает следующим образом.

К катоду 1 прикладывается высоковольтный импульс напряжения. При этом проис- ходит распределение напряжения между прокладками 4 изолятора. При достижении определенного уровня напряжения начинается эмиссия электронов с отрицательно заряженных электродов. В основном она идет из тройной точки (отрицательный электрод-- вакуум--диэлектрик).

Одновременно под действием электрического поля и бомбардировки частицами с внутренней поверхности изоляционных колец 3 слетает облако адсорбированного газа. Через некоторое время происходит иониза- ция газа электронами и создаются условия для пробоя разрядного промежутка. Благодаря большому числу носителей разряд носит диффузный характер. За счет большого количества каналов энергия, приходящаяся на один канал, мала, поэтому эрозия элект- родов незначительна. Наличие большого числа каналов и небольшое расстояние между электродами обусловливают малые потери на индуктивном и активном сопротивлениях разрядных промежутков, а также эффективный токоотбор, что и приводит к увеличению скорости коммутации.

Для определения геометрических размеров цилиндрических бортиков 5 и цилиндра 6 позволяющих получить максимальные скорости коммутации и повысить уровни коммутируемых напряжений, были проведены эксперименты с разрядником, работающим в режиме «среза напряжения.

Результаты испытания разрядника в этом режиме приведены в таблице. Скорость коммутации рассчитывалась для уровней (0,1 - 0,9) t/K, где t/x - коммутируемое напряжение.

В таблице даны значения скорости коммутации (Ук( В в числителе и напряжения коммутации L 10 В в знаменателе для различных отношений &.R/d и h/d при мм.

Из таблицы видно, что при ,15 средняя скорость коммутации для больший- ства -экспериментов увеличивается, однако коммутируемое напряжение уменьшается по сравнению с разрядником без цилиндрических бортиков, что при тех же уровнях напряжения должно привести к увеличению габаритов, поэтому следует выбирать 0,15. При ,27 влияние цилиндрических бортиков на уровень коммутируемого напряжения становитсяцезначительным при некотором (до 20%) возрастании скорости коммутации, поэтому для выполне ния условий уменьшения габаритов и повышения скорости коммутации величину Л/ необходимо выбирать из соотношения Л(0,15- -C,3)d. Руководствуясь теми же соображениями, определяем величину h, /i-(0,25- -0,4)d.

При выполнении обоих соотношений

/i(0,25-0,4)d;

Aft MO,5-0,3)rf,

величина среднего коммутируемого напряжения возрастает на 10-30%, а средняя скорость коммутации на 25-60%. Были проведены также испытания пятисекционного разрядника в режиме «среза напряжения, в котором высота каждого изоляционного слоя 30 мм. Уровень напряжений на разряднике (1,6-1,8)10 В, коммутируемый ток до 5 Ш А. При этом средняя скорость коммутации составляла до 2-10 В/с, что в г- ЗО раз выше по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Вакуумный разрядник, содержащий аксиально установленные анод, и катод, разделенные цилиндрическим изолятором, выполненным в виде .чередующихся токопро- водящих прокладок и диэлектрических колец, выполненных с конической внутренней боковой поверхностью, диаметр которой

уменьшается в направлении от анода к катоду, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости коммутации, ресурса работы и уменьшения габаритов, анод снабжен установленным на его поверхности токопро- водящим цилиндром, а указанные токопро- водящие прокладки изолятора выполнены в виде колец с цилиндрическими бортиками со стороны отверстия, направленными в сторону катода, причем катод, токопроводящие прокладки изолятора и цилиндр анода об0,48 0,39 0,34 0,27

0,12

ез цил, лектрод.

461

455

470

0, 458

Oj,44g 25Т

ХУчХЧУ

tXXXXN

разуют ряд последовательно расположенных разрядных промежутков, величина Л которых, а также высота d диэлектрических колец изолятора и разность Д/ между мень-. шпм радиусом отверстий диэлектрических колец и внешними радиусами цилиндрических бортиков токопроводяших прокладок изолятора или внешним радиусом цилиндра анода выбраны в соответствии с соотношениями

h(0,25-0,4}d, R(0,l5-0,3}d

486

Oj,963 595

Oj,936 5 То

,694 427

Oj,676 420

Oj,780 530

2л 463

Oj,580 .250

245

459