ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ВЕНТИЛЬ С ХОЛОДНЫМ КАТОДОМ Советский патент 1970 года по МПК H01J17/40 H05H1/00 

Изобретение относится к мощным высоковольтным вентилям, применяемым в ускорнтельнон и плазменной технике, а также в электропромышленности.

Известен вентиль типа артатрона, представляющий собой два коаксиальных электрода (катод и анод) с внешними обмотками управления, включенными бифилярно и вследствие этого создающими быстропадающее по направлению к аноду импульсное магнитное поле управления. Поскольку величина зазора между электродами значительно больше, чем длина периода управляющей обмоткп, магнр тное поле управления сосредоточено вблизи катода, что приводит при правильной полярности напряжения на электродах к возникновению сверхплотного тлеющего разряда с плотностью тока до 50 а/см. При этом падение напряжения в разряде составляет 300-400 в.

Разряд переходит в неуправляемый дуговой с падением напряжения до 100 в лищь при плотностях тока более 50 а/см, но при таких плотностях электроды быстро разрушаются. Положительной особенностью прибора является возможность прекращения тока через него путем снятия магнитного поля в нужный момент времени. Недостатками прибора являются большое падение напряжения в разряде, потери в обмотках управления из-за необходимости поддерживать в них ток в течение коммутируемого импульса, а также увеличение времени деионизации ионов вблизи катода после окончания тока из-за спада управляющего поля от критической величины до нуля.

Предлагаемый прибор имеет малые потери в процессе разряда из-за дугового характера его (падение напряжения 40 в при применении аргона II 100 в при применении водорода), что достигается увеличением длины периода обмотки управления величин зазора анод-катод. Так, в описываемом газоразрядном вентиле отношение этих величин составляет 4, а величина магнитного ноля на аноде лишь в два раэа меньше, чем на катоде.

Благодаря дуговому характеру разряда в интервале плотностей тока 0,5-40 а/см- вентиль имеет также малые потери в обмотках управления, поскольку возможен режим магнитного распределенного по поверхности электродов поджига, когда длительность импульса тока управления значительно меньше длительности импульса коммутируемого тока. Умена1нение зазора между электродами ускоряет процесс рекомбинации ионов на стенках.

Для обеспечения управления короткими импульсами тока поля в зазоре анод-катод употребляется материал с высоким удельным сопрот1шлением и малой магнитной проницаемостью, т. е. с толстым скин-слоем при заданной длительности импульса (например, при 50 мксек импульса управления катод выполняют из нержавеющей сталей с толщиной стенки 1 мм. Кроме того, с целью уменьшения индуктивности прибора и устранения выталкивания сгустков плазмы из разрядного промежутка на торцы электродов под действием магнитогидродинамического давления пр-и коммутации больших токов (-100 ка), ток подводится к вентилю симметрично с двух сторон. На фиг. 1 схематично показан предлагаемый вентиль; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы его работы. Катод / и анод 2 выполнены в виде двух коаксиальных цилиндров из нержавеющей стали, переходящих на торцах в изолированные друг от друга с помощью колец 3 диски 4 и 5 из нер жавеющей стали. К дискам симметрично по окружности крепятся подводящие кабели. На катоде сделана винтовая канавка, в которую биф-илярно уложена обмотка управления 6 из медной щины. Толщина стенки катода под витнами 1 мм, зазор анод-катод 1 см, длина периода обмотки управления 4 см. Через трубу 1, -- - --:- t-j-j / подается рабочий газ, через трубу 8 откачи о - , „ , В момент времени в обмотку управления подается импульс тока управления. Магнитное поле этого тока проникает через стенку катода в разрядный промежуток, и когда оно достигает некоторого критического значения, зависящего от напряжения в зазоре анод-катод (300 э), происходит распределенный по больщой поверхности дуговой разряд. После окончания импульса тока и исчезновения поля управления разряд продолжается и прекращается при куле тока, несмотря на появление

7 2

хк iCTnTOppN T«ifT«ffyjp s a SSS Si SixsK скачков обратного напряжения, равного исходному прямому. Увеличение длительности импул ьсов тока управления до величины, большей длительности коммутируемого тока, резко понижает вентильную прочность прибора. При длительности импульса коммутируемого тока 800 мксек был применен аргон или воздух под давлением (Э-6) -IQ- торр, при длительности 260 мксек и менее - водород под давлением (3-6)-10-2 . Предмет изобретения 1. Газоразрядный вентиль с холодным катодом, управляемый импульсным магнитным полем, состоящий из двух коаксиальных цилиндров, на одном из которых - катоде расположена 6иф.илярная обмотка управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения петерь в вентилевпроцесс7разряда,зГзор между электродами имеет величину, значительно меньшую чем величина (длина) периода обмотки управления. 2. Вентиль по пп. 1 и 2, отличающийся тем что, с целью использования коротких импульсов поля (тока) управления в зазоре анод-катод, его катод изготовлен из материала с высоким удельным сопротивлением и малой магнитной проницаемостью (например из нержавеющей стали), 3. Вентиль по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьщения его индуктивности и устранения эффекта выбрасывания плазмы из разрядного промежутка на торцы электродов под действием магнитного поля полного тока, тока производится к обоим торцам электродов.

шйй&юшамймйжаиюйк 9SaiMiiaiiaaSiaixi&

Фиг . 1

ном

Физ. 3