ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИКИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 1976 года по МПК H01J61/90 

1

Изобретение относится к газоразрядным источникам света, в частности к газодинамическим импульсным устройствам, генерирующим излучение оптического диапазона длин юлн при взаимодействии встречно направленных сверхзвуковых потоков газоразрядной плазмы и ударных волн, предназначено для получения многократно повторяющихся мощных световых вспышек относительно короткой длительности и может быть использовано для оптической накачки химических лазеров с газообразной активной средой, жидкостных лазеров на основе органических красителей, а также в физико-химических исследованиях по импульсному фотолизу газов и растворов.

Известны газодинамические разрядные источники света, основанные на явлении взаимодействия встречных ударных волн и потоков плазмы, генерируемых одновременно в аксиально размещенных двух конических метателях, сопряженных с оптически прозрачной трубой.

Обладая определенными преимуществами в отношении уменьшения собственной индуктивности, более высоким к. п. д. преобразования подводимой электрической энергии в свет по сравнению с другими известными газодинамическими источниками и цилиндрическими метателями, эти источники одного недостаточно эффективны для генерирования излучения повышенной мощности, так как сопряжение конусной разрядной камеры с оптически прозрачной трубой через промежуточный кольцевой электродный узел не обеспечивает достаточной механической прочности, не является надежным, а средства герметизации указанного узла находятся в непосредственной близости к рабочей части

кольцевого электрода и в жестком электрическом режиме эксплуатации истчники подвержены интенсивному нагреву.

С целью увеличения предельно допустимой энергии разряда с повышенной плотностью

ионизованных частиц рабочего газа обе цилиндрические разрядные камеры, наполненные рабочим газом, размещены своими открытыми частями внутри соединяющей их между собой оптически прозрачной трубы и

установки между стенками этой трубы и каждой разрядной камеры металлического стакана, электрически соединенного со стороны открытой части разрядной камеры с кольцевым электродным узлом и с противоположной

стороны - с токоподводом. Каждый из указанных металлических стаканов снабжен кольцевым выступом, упирающимся в торец открытой части соответствующей разрядной камеры и служащим кольцевым электродным

узлом, и таким же кольцевым выступом у

противоположного конца, упирающимся в торец оптически прозрачной трубы.

На фиг. 1 показан предлагаемый газодинамический разрядный источник излучения, вид спереди с частичным продольным разрезом; па фиг. 2 - блок-схема включения источника света в качестве общего элемента двух разрядных контуров.

Газодинамический разрядный источник излучения содерл ит две аналогичные по конструкции разрядные камеры 1 и 2, соединенные между собой оптически прозрачной трубой 3, изготовленной из плавленного кварцевого стекла или другого подходящего онтически прозрачного материала, например из прозрачной поликристаллической окиси алюминия.

Указанная труба на противоположных концах через конусные участки с углом раствора -40° переходит в цилиндрические части больщого диаметра, в которых размещаются камеры 1 и 2.

Каждая из двух разрядных камер 1 и 2 выполнена в виде полого цилиндра 4 из термостойкого диэлектрического материала, выбранного преимущественного из группы окислов бериллия, алюминия, циркония и т. п., со светоотражающими внутренними стенками и закрыта с одного конца собранным в нем электродным узлом. Электродный узел состоит из стержневого электрода 5 с плоско полированной либо с вогнутой сферической рабочей поверхностью, выполненного из тугоплавкого материала, например из молибдена или вольфрама, держатель 6 и средств 7 герметизации его в цилиндрической камере.

Цилиндр 4 каждой разрядной камеры заключен в металлический стакан 8, выполненный в виде цельного или состоящего из трех частей цилиндрического элемента. Этот стакан 8 снабжен кольцевым выступом, упирающимся в торец открытой части разрядной камеры и служащим кольцевым электродным узлом 9, и таким же кольцевым выступом 10 у противоположного конца стакана, упирающимся в торец расщиряющейся части оптически прозрачной трубы 3. Выступ 10 предназначен для монтажа средств герметизации, включающих металлический цилиндр 11 и подходящий припой 12 либо кремний-органическую смолу с наполнителем из нитрида бора, и для присоединения элементов токоподвода.

Токоведущий металлический стакан 8, изготовленный из ковара, молибдена или другого подходящего материала, механически упрочняет стенки соответствующей разрядной камеры. Высота стакана 8 выбирается такой, чтобы она превыщала длину разрядного промежутка, образованного кольцевым электродным узлом 9 и стержневым электродом 5. Средства герметизации токоведущего металлического стакана между стенками разрядной камеры и оптически прозрачной трубы монтируются на уровне, не превыщающем

, 430772

уровня- рабочей поверхности электрода 5, что уменьщает воздействие интенсивного нагрева, исходящего из разрядной камеры, на зону герметизации источника при эксплуатации его в режиме увеличенных энергий разряда. :В одном из возможных вариантов конструкции газодинамического разрядного источника света каждая из двух цилиндрических разрядных камер выполняется из оптически прозрачного материала, например из плавленного кварцевого стекла. Часть ее, прилегающая к стенкам металлического стакана, покрывается светоотражающим слоем, например алюминия, серебра, отражающим излучение внутрь камеры. Указанный зеркально отражающий слой может быть нанесен также на внутренние стенки металлического стакана, охватывающего прозрачные стенки разрядной камеры.

Наполненный инертным газом, например ксеноном, до давления, выбранного в пределах от 10 до 200 мм рт. ст., газодинамический разрядный источник (см. фиг. 2) включается в два независимых малоиндуктивных контура 13 и 14 через управляемые разрядники 15 и 16 соответственно, срабатывающие от двухканального блока последовательного поджига 17, инициирующего разряд одновременно в обеих разрядных камерах. Блок задания режима 18 обеспечивает возможность управления блоком поджига и началом разряда в камерах при выборе режима эксплуатации. Оба кольцевых электродных узла источника подключены к накопителям электрической энергии малоиндуктивных контуров 13 и 14 в качестве анода. Нри этом направления разрядных токов в камерах 1 и 2 противоположны направлениям токов в соответствующих металлических стаканах, охватывающих указанные камеры.

Нринцип работы предлагаемого источника света заключается в следующем.

После пробоя разрядного промежутка в каждой разрядной камере в процессе короткого импульсного разряда образуется газоразрядная плазма, которая расширяется вдоль оси, устройства и одновременно радиально сжимается за счет пинч-эффекта и электромагнитного взаимодействия обратно направленных токов плазмы и токоведущего стакана. Нагретая до высокой температуры плазма одновременно выплескивается со сверхзвуковой скоростью из межэлектродпых областей обеих разрядных камер в оптически прозрачную трубу, порождая сильные ударные волны. Последние, распространяясь по частично ионизованному за счет фотоионизации газу, впереди движущихся навстречу сверхзвуковых плазменных потоков дополнительно ионизуют его, способствуя более эффективному заполнению плазмой онтически прозрачной трубы. При взаимодействии встречных ударных волн в центральной части трубы наблюдается интенсивное свечение. Подобное излучение наблюдается также при взаимодействии отраженных одна от другой

ударных волн с потоками плазмы. Температура плазмы в трубе существенно повышается при распространении по ней ударных волн.

Формула изобретения

1. Газодинамический разрядный источник излучения, содержащий две цилиндрические, выполненные из диэлектрического материала разрядные камеры, расположенные соосно и наполненные рабочим газом, оптически прозрачную трубу, соединяющую указанные камеры, и токоведущие проводники, охватывающие эти камеры и размещенные вдоль разрядных промежутков, образованных между кольцевыми и стержневыми электродными узлами, в которых одновременно генерируются и ускоряются в указанную трубу встречные потоки газоразрядной плазмы и ударные волны.

Го т л и ч а IO щ и и с я тем, что, с целью увеличения предельно допустимой энергии разряда с повыщенной плотностью ионизованных частиц рабочего газа, обе разрядные камеры размещены своими открытыми частями внутри общей оптически прозрачной трубы на ее противоположных концах, и между стенками этой трубы и каждой разрядной камеры помещен металлический стакан, электрически соединенный со стороны открытой части камеры с кольцевым электродным узлом и с противоположной стороны - с токоподводом.

2. Источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что металлический стакан

снабжен кольцевым выступом, упирающимся в торец открытой части разрядной камеры и служащим кольцевым электродным узлом, и таким же выступом у противоположного конца, служащим элементом токоподвода.