ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА Советский патент 1995 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано, например, в генераторах импульсов интенсивных пучков электронов, а также в генераторах импульсов высокого напряжения.

Цель изобретения обеспечение возможности управления временем переключения тока в нагрузку.

Известно, что плазменные пушки индукционного типа генерируют последовательность сгустков плазмы, частота следования которых определяется частотой колебаний тока в цепи возбуждения индуктора, причем промежуток между сгустками может выполнять роль разрыва плазменного потока. Однако использование индукционных пушек в ППТ не известно.

Таким образом, искусственно созданный вне межэлектродного зазора ИНЭ разрыв плазменной струи, инжектированный в этот зазор в требуемый момент времени, приведет к разрыву токового канала и переключению тока в нагрузку, а длительностью накопления энергии в ИНЭ (или, что то же самое, моментом размыкания) можно управлять, варьируя период колебаний тока возбуждения в цепи индуктора. Импульсный напуск газа в плазменный канал в данном случае необходим для того, чтобы за время работы системы давление остаточных газов в зазоре ИНЭ существенно не менялось. Кроме того, индукционный газовый разряд, являясь безэлектродным, не приводит к преждевременному разрушению элементов конструкции плазменных инжекторов, что повышает долговечность ППТ.

На чертеже показан пример выполнения ППТ в виде индукционных плазменных инжекторов с импульсным напуском газа.

ППТ представляет собой систему плазменных инжекторов 1, расположенных радиально на корпусе вакуумной камеры ИНЭ. Корпус вакуумной камеры 2 одновременно является внешним электродом ИНЭ, внутри которого коаксиально размещен потенциальный электрод 3. Роль нагрузки в генераторе может выполнять взрывоэмиссионный диод 4 ускорителя электронов прямого действия. Плазменные инжекторы содержат быстродействующий газовый клапан 5, канал для транспортировки плазмы 6 и индуктор 7, запитываемый от внешнего источника тока 8.

ППТ работает следующим образом.

При открывании клапана газ из сосуда высокого давления поступает в вакуумный канал и ионизуется с помощью индуктора, питаемого внешним источником. Приготовленная таким образом плазма поступает в межэлектродный зазор ИНЭ и замыкает цепь накопления энергии в ИНЭ. С этого момента может включаться "зарядка" распределенной индуктивности ИНЭ током разрядки внешнего источника, продолжающаяcя до тех пор, пока в зазор не попадает разрыв плазменной струи, что ведет к переключению тока в нагрузку с обострением мощности.

В качестве примера могут быть приведены расчетные параметры ускорителя электронов прямого действия на основе ППТ с плазменными инжекторами индукционного типа: Напряжение зарядки ИНЭ 0,5 МВ
Напряжение в нагрузке (в диоде) 1-2 МВ Ток в нагрузке 100-200 кA Длительность накопле- ния в ИНЭ 1-1,5 мкс Длительность импульса в нагрузке 100 нс Период колебаний тока в индукторах плазмен- ных пушек 15 мкс Давление остаточного газа в вакуумном зазоре ИНЭ 10 Торр Перепад давления в области клапана 1-3 атм Сорт используемого газа Не, Kr, Xe,
Ar и др.

ППТ позволяет управлять моментом переключения тока в нагрузку, что ведет к повышению стабильности работы генераторов на основе ИНЭ. Кроме того, в известном ППТ плазма является результаты эрозии материала изолятора и состоит в основном из ионов углерода и водорода, а в предлагаемом ППТ плазма является продуктом ионизации напускаемого газа. Известно, что газовый разряд индукционного типа менее всего загрязняет плазму посторонними ионами, так как индукционные устройства ионизации не содержат ни электродов, ни высоковольтных изоляторов. По этой же причине отсутствуют эрозия и разрушение элементов конструкции ППТ, а также имеется возможность управления параметрами системы за счет подбора сорта газа, влияющего на характеристики ППТ.

Использование: ускорительная техника, генераторы импульсов высокого напряжения наносекундной длительности. Сущность изобретения: плазменный прерыватель тока выполнен в виде коаксиальных электродов и системы плазменных инжекторов индукционного типа с импульсным напуском газа. Роль разрыва плазменной струи выполняет промежуток между двумя последовательными сгустками плазмы, генерируемыми плазменными инжекторами. Управление моментом размыкания осуществляется изменением частоты следования плазменных сгустков, а долговечность повышается за счет отсутствия контакта с элементами конструкции плазменного инжектора, так как индукционный газовый разряд является безэлектродным. 1 ил.

ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА, содержащий коаксиально установленные электроды, образующие вакуумный межэлектронный промежуток и подключены к нагрузке, и по меньшей мере один плазменный инжектор, расположенный на внешнем электроде, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности управления временем переключения тока в нагрузку, плазменный инжектор выполнен в виде индукционного источника плазменных сгустков и импульсным напуском рабочего газа, при этом индуктор источника подключен к генератору с управляемой частотой колебаний тока.