БИБЛИОТЕН.Л Советский патент 1971 года по МПК H01J17/30 

Изобретение относится к устройствам, содержащим ряд синхронно за нускаемых разрядников и применяемым, например, в высоковольтной импульсной технике.

Известны блоки управляемых разрядников, в частности, с газообразным диэлектриком, запускаемых с помощью луча оптического квантового генератора - лазера. Поток лазерного излучения направляют либо на один из электродов разрядника, либо фокусируют в одну из точек межэлектродного пространства. В результате взаимодействия лазерного излучения с веществом электрода (фотоэмиссия, быстрое испарение поверхностного слоя электрода и т. п.) или с диэлектрнко.м рабочего промежутка разрядника происходит ининиирование пробоя в промежутке, к которому приложено напряжение.

В современной импульсной технике очень часто возникает необходимость в синхронном коммутировании ряда электрических схем с использованием в качестве коммутаторов искровых разрядников. К таким схемам можно отнести одновременное коммутирование независимых накопителей на разделенные или общую нагрузку, как, например, в совмещенном генераторе импульсного напряжения и тока, в генераторах импульсных токов, где коммутируются в нараллель несколько наконнтелей, в генераторах импульсных напряжениГ но схеме умножения Аркадьева-Маркса, в генераторах с умножением напряжения на нолоскопых линнях, отрезках коаксиального кабеля и т. п.

Запуск разрядников в таких схемах с помощью лазерного излучения обладает большими преимуществами, так как лазерный луч позволяет осуществить развязку по напряжению основной схемы от запускающего устройства, что в высоковольтной импульсной технике весьма существенно.

В настоящее время для одновременного запуска нескольких разрядных промежутков л.-зерным лучом его разделяют оптическими средствамн. на:1рил ер многогранными прнзмами, зеркаламн. рассеченнымн лннзамн.

К недостаткам такого рода устройств слсЛ ет отнести сложность онтическоГ системы и больпГ.ю трудоемкость ее юстировки н н; crpoiiKH на каждый промежуток, а также потерп излучения на отражающих и нреломляющих поверхгюстях оптнческой системы.

Предлагаемый блок унрощаст распределснне лазерного излучения по коммутируемым разрядным промежуткам н повьштает надежность срабатыпп1;ия промежутков за счет более эффективного исполозования энергии излучения. Он стлнчается тем, что поперечное сеченне луча .:i;i:,epa разделяют путем последовательпого отсечения его частей светопоглощаю1цимн элементами, lianpuMep мишенями или экранами, являющимися частями рабОЧих электродов, в частном случае путем выделения излучения в кольнеобразиых областях системы диафрагм с постепенно уменьшающимися отверстиями.

Рассмотрим механизм пробоя искроиого промежутка под воздействием лазср;:0 () нзлучения. Если илотность ;ia3epHoio излучения превосходит некоторую 1 еличнн ij, то основным процессом является испарение материала электродов, причем

.р„.3..--1,(1)

где Q - теплота испарения материала электродов;

РО - плотность материала электродов; б - коэффициент температуропроводности материала;

т - длительность импульса лазерного излучения.

Поэтому основным фактором, приводящи.м к пробою промежутков, должна быть электронная эмиссия-- из электрсхюв. Быстрое испарение поверхност-ного слоя электродов приводит к созданию ударной волны к газе, а следовательно и к перераспределению плотности газа в промежутке, что увеличивает коэффиги- ент уд.арной ионизации в отмелы:ых облаетях .межэлектродного пространства н вызывает пробой про.межутка. Критическая плотность потока для коикретного случая, натфимер медных электродо;;, около 1000 Мвт-см . Как видно, критическая плотность излучения довольно значительна, хотя и достижима при современном уровне развития лазеров. Однако получать такие плотности иеобязательпо, потому что значительная термоэлектронная эмиссия из электродов возникает уже при температуре, близкой к точке плавления .материала. Так как глубина поглощения излучения в .металле см, то масса иатреваемого вещества при медных электродах составляет г-слг 2. Для нагрева ее до температуры плавлеиия 1100°С требуется плотиость излучения около 0Г-С.1Г. Современные квантовые генераторы, работающие в пежиме модуляции добротности, позволяют получить такую плотность излучения даже без фокусирующих устройств. Действительно, например, для рубинового лазера е лучом дзга.метро.м 10 мм и мондностью излучения 20 Мет плотность излучения составляет 26 Мет-см--.

Целесообразно распределить поток лазерного излучения равномергю по всем промежуткам, выполпеппым в частном случае в виде дисков с отверстиями, диаметры которых лостепеиио у.меньшаютея в направлении излучения. Зависимость диаметра отверетий электродов от но.мера р;;зрядного промежутка «пу при равномерно:; распреде.чснии и;-; чення выражается слелующим равенством: 0л пО - (и- )О1.(2)

десь DQ-исходный диаметр лазер:10го луча (так как излуче:1ие расиределяется но сечению луча 1геравиомерi:o, ослаблено по краям, практически можно иенользовать около 80% нлощадн луча);

DI-диаметр отверетия первой диафрагмы (выбирается по конструктивны.м соображения.м, т. е. по соображения.м практической выполнимости разницы в диаметрах и

юстировки электродов, так как

величина засвечиваемой площади существенно не влияет на характеристики пробоя искрового промежутка) ;

п-номер электрода.

I ак как и-скровои разряд развивается в виде узкого каиала, поперечные размеры которого значитель: о меньще поперечного размера отверстия диафрагмы за исключением iiecKo.iijKHx лослед.них э.тектролов, а время 11|.-обоя опрел .еляегся плот:1остью получения, то размеры oTnepcTHii можно выбрать из ус,чо:л1я . толпипил кольневон области диафраг:чы, П01 :ияцающе11 луч, что у.тобно НС тех1;ологическнм соображенпям.

Ценность любого пред;1оже:1ия по одновременн(;.м заихску :1ескольких искро:5ых зазо)ОГ,, НОМИ.М(; КОНСТр КТНВНЬГХ ХДЮбсТВ,

свол1 тся но схчцестш- к точноети их срабаты: ания во нпемеии.

(3)

4

где /; - чнсло про.межутков;

/ - расстояние между смежными

промежутками; с - скорость света.

Условие (3) накладывает ограничение па чис;ю иро: 1ежутков, так как t-t не должно превьпнат) требуе: 1ой длительности фронта фор: 1 Hip ус.ioi-о :i.upy ijjca.

Па чертеже схематически изоб;;а ен блок прав.:1яелп:их разряд:1ико;5, 5ыполиенный для комму та luiH независимых 11анряже:1ий.

Пе)вые семь из восьми последовательно

распо;1ожен11ых дисковых э;1сктродов 1-8 :.|меют отверетня. Си.мволами ±U обозначена раз:1ость нотеннналов, нриложе 1ная к соответствуюн1,им электрода:м, символами D - дна.метры отверетий в -диафрагмах, а стрелками показан поток лазерного излучепия. Дазерное излучение поглощаетея в кольцевой облаети на каждом чет:-1ом электроде 2, 4 и 6, в результате чего инициируется пробой зазоров между электродами /-2, 3-4, 5-6 i-i

Предмет изобретения

Блок управляемых разрядников, содержащий импульсный лазер и ряд разрядников, расположенных последовательно на пути лазерного луча, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использова«ия энергии излучения, по крайней мере один из электродов каждого разрядника снабжен

светопоглощающим элементом, поверхность которого является частью рабочей поверхности электрода, например, в виде диафрагм с последовательно уменьшающимися отверстиями, причем светопоглощающие элементы расположены в апертуре излучения так, что их суммарная засвечиваемая площадь равна сечению лазерного луча.