ГЕНЕРАТОР НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной технике.

В известном генераторе наносекундных импульсов напряжения для питания ускорительной трубки, содержащем зарядное устройство, стартовый коммутатор, коммутатор нагрузки и трансформирующую линию с распределенными параметрами, контур нагрузки содержит большую индуктивность, а генерагор имеет низкую импульсную мощность.

В предлагаемом генераторе с целью увеличения коэффициента трансформации и импульсной мощности трансформирующая линия выполнена в виде экранированного соленоида, причем один из торцов экрана соленоида соединен с заземленной пластиной соленоида, а к высоковольтной пластине соленоида подключен через стартовый коммутатор, другой торец экрана подсоединен через нагрузку и коммутатор нагрузки к высоковольтной пластине соленоида.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - вариант конструктивно более компактного генератора.

Заземленная пластина 1 (см. фиг. 1) вместе с расположенной между ее витками высоковольтной пластиной 2 образуют соленоидальную трансформирующую линию. Один конец А пластины / соединен с заземленным экраном 3 непосредственно, а другой конец

F - через коммутатор 4 и сопротивление 5 нагрузки. Емкость пластины 2 относительно пластины / заряжена до напряжения L/oВ защтрихованном высоковольтном зазоре лиНИИ АВ размещен стартовый коммутатор 6.

В исходном состоянии в обеих линиях АВ и ВС, образованных пластинами / и 2, напряженности электрических полей Е направлены в противоположные стороны, так что су.ммарное напряжение на оси системы отсутствует. В результате срабатывания стартового коммутатора 6 по защтрихованной линии АВ распространяется волна тока короткого замыкания, снимающая разность потенциалов в высоковольтном зазоре этой линии до нуля. Если вторая линия ВС за время распространения волны не разряжается, прохождение волной одного витка линии увеличивает разность потенциалов на величину зарядного напряжения t/o. В момент прихода волны тока к точке F разность потенциалов в аксиальном направлении AF определяется числом неразряженных зазоров линии ВС

Ui nUo (п - число витков соленоида).

сопротивления последовательно соедипенных межвнтковых линий, токовая волна отражается,: перезаряжая линию АВ таким образом, что направление напряженности электрического поля в зазоре этой линии совпадает с паправленнем поля в неразряжающейся линии ВС. К приходу волны в ;ачальпую точку А напряжение вдоль осп генератора достигает максимального значения

U2 2nUo.

После отражения волны от короткозамкнутого конца А напряжение в зазоре линни АВ снова становится равным нулю п импульс напряжения генератора симметричным образом спадает до нуля в течение времени пробега от точки А до F и обратно.

Максимальный коэффипиент трансформации определяется числом витков, пробегаемых токовой волпой, пока линпя ВС остается неразряженной. При срабатывапчи стартового коммутатора 6 лннпя ВС оказывается подключеппой к индуктивности L витка BADC. Эффективная трансформация напряжения происходит в течение времени пробега т.

,//

: 1

где. р-волновое сопротивление липпи ВС. Несмотря на то, что в нроцессе увеличения напряжения играет роль волновое сопротивление р (величину которого можно онределить по формуле, относящейся к полоскозын линиям

120г. д , -. Р-у.уМ,

где е - относительпая диэлектрическая проницаемость, Д - высота высоковольтного зазора линии, b - ширина линии, в данном случае равная разности внешнего и внутреннего радиусов соленоида), внутреннее сопротивление генератора определяется волновым сопротивлением последовательно соединенных межвптковых кольцевых линий (их ширииа равна средней длине окружпостп витка солепоида), каждое из которых по крайней мере в 2я раз меньше р. Это обстоятельство вместе с коакспальным оформлеппем разрядной цепи с помощью зазе.млениого экрапа 3, по которому протекает обратный ток, обеспечивает высокую импульсную мощность генератора.

В тех случаях, когда требуется получить более короткий импульс напряжения, или при работе иа сопротивление 5 сравнимое с внутренним сопротивлением генератора (здесь становится существенным влияние нагрузки на процесс трансформацин), целесообразно подключать трансформирующую линию к сопротивлению 5 через коммутатор 4 в момепт достиження максимальной амплитуды напряжения.

носительно нее пластина 2 образуют соленоидальную трансформирующую линию. В высоковольтном зазоре линии АВ (заштрихована) размещен стартовый коммутатор 6. Между заземленным и высоковольт1п 1м ко:1ца},гя /1 и F еоленоида через коммутатор 4 нагрузки подключается сопротивление 5 нагрузки, образуя коаксиальный разрядный контур. Проводящий экран 3 служит для защиты

от электромагнитных помех и заполнения генератора диэлектриком. В тако:. исполнении пластины линий могут одновременно служить емкостным делителем потепциала в ускорительной трубке.

Стартовый коммутатор 6 можно располагать пе только в зазоре первого витка линии АВ. Для новыщения коэффициента трансформации выгодно размещать коммутатор 6 в середине соленоида. При этом время нробега

волны тока до концов соленонда у:,1еньшается вдвое, что позволяет соответственно увеличить количество витков линии. Весьма больщие значения коэффициента трансфор.мации ползчаются при использовапип нескольких

стартовых коммутаторов, размещенных на онределенпом расстоянии друг от д)уга в зазоре линии АВ.

Соленоидальпая трансформирующая лнния может быть многозаходной, т. е. намотанной

из нескольких длинных линий. В этом случае требуется одиовремеиное срабатывание нескольких коммутаторов, число которых равно числу заходов линии. , -В качестве коммутатора 4 можно нримепять разрядники, работающие на самопробое, или ускорительную трубку, если опа имеет достаточно крутую вольт-амнерную характеристику (нанример, автоэмиссионные ускорительные трубки).

Подобные генераторы с изоляцией из жидкого, твердого или газообразного диэлектрика выгодно использовать для получен - я мощных наносекундных имиульсов тока заряженных частиц с энергией вплоть до мегаэлектроповольт.

П р е д м е т и з о б р е т е и и ,{

Геператор папосекундных импульсов напряжения для нитания ускорительной трубки, содержащий зарядное устройство, стартовый коммутатор, коммутатор нагрузки и трансформирующую линию с распределенными нараметрами, подключещ-гую к нагрузке, огличающийся те.м, что, с целью увеличения коэффициеита трансформации и импульсной мощности, трансформирующая линия выполнена в виде экранированного соленоида, причем один из торцов экрана соленоида соеди)ен с заземленной пластиной соленоида, а к высоковольтной пластине соленоида подключен через стартовый коммутатор, другой торец экрана подсоединеп через нагрузку и ко.ммутатор нагрузки к высоковольтной пластине