ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1936 года по МПК H03L3/00 

Питание вакуумных высоковольтных трубок с помощью импульсного генератора имеет по сравнению с питанием их от источника постоянного напряжения (конденсаторно-вентильные схемы или генератор Ван дер Графа) ряд преимуществ. Основным преимуществом является возможность значительно понизить требования, предъявляемые к изоляции; многие материалы, совершенно непригодные для высоковольтной изоляции при постоянном или переменном токе технической частоты, могут с успехом применяться при работе с импульсами. Существенно также и то обстоятельство, что при работе с импульсными схемами значительно облегчается борьба с коронированием, которая весьма трудна и требует громоздких приспособлений при работе с постоянным и переменным током, ибо вследствие краткости импульса высокого напряжения и большой мощности удара, потери на корону не успеют достигнуть значительной величины. Наконец, при работе с трубками, предназначенными для ускорения частиц и дезинтеграции ядер элементов, импульсный генератор ценен в том отношении, что время, в течение которого приложено напряжение к трубке, весьма мало и трубка, питаемая импульсным генератором, большей частью отдыхает. Особенно ценно это свойство импульсной схемы при работе с камерой Вильсона. При работе камеры Вильсона с установкой для получения быстрых ионов, питаемой постоянным напряжением, ионы, влетающие непрерывно в камеру, только вредят, вызывая ненужную ионизацию газа в камере до расширения камеры, что ведет к образованию фона на фотографиях.

В виду этого в подобного рода установках сооружают специальные заслонки, пропускающие быстрые частицы в камеру лишь непосредственно перед расширением последней; рабочее время, в течение которого используется поток ионов, мало: оно порядка сотых, в лучшем случае десятых долей секунды. Остальное время ионы из трубки не используются и энергия, непрерывно подводимая источником напряжения к трубке, идет лишь на вредные нагревания электродов, что лимитирует величину тока в трубке. При работе же с импульсным генератором вся ионная лавина проходит в течение весьма краткого промежутка времени, благодаря чему без опасения нагревания электродов можно значительно повысить ток через трубку.

Однако, применяемые в настоящее время схемы ударного генератора и питаемых им трубок не полностью используют все выгоды этого.

В трубках, питаемых от установок постоянного напряжения, обычно разделяют получение ионов и ускорение их. Ионы получаются обычно в небольшой отдельной трубке, питаемой отдельным трансформатором, в которой давление газа поддерживается значительно выше, чем в другой ускоряющей трубке, в которую ионы из первой трубки попадают через канал в катоде. Высокое напряжение прикладывается ко второй ускоряющей части трубки, в которой с помощью мощного насоса поддерживается по возможности лучший вакуум. Таким разделением высоковольтной трубки на две части достигается, во-первых, то, что в ускоряющую часть поступает довольно мощный пучок ионов из первой трубки, притом постоянный по времени, мощность его не зависит от случайных ухудшений вакуума в ускоряющей части, а во-вторых, при хорошем вакууме в ускоряющей части почти все ионы приобретают примерно одинаковую скорость, так как все они ускоряются полем на всей длине ускоряющей трубки.

Применение подобного же разделения трубки на две части, из которых в первой ионы получаются, а во второй ускоряются, для трубок, питаемых импульсным генератором обычной схемы, наталкивается на серьезные затруднения. Дело в том, что ток, который необходимо пропустить через трубку-источник ионов, должен быть во много раз больше ионного тока, прошедшего через канал, разделяющий трубки, так как весьма небольшая часть ионов, образовавшихся в источнике, пройдет через канал в ускоряющую часть. Благодаря этому ионный ток в основной части трубки будет значительно меньше, чем можно было бы получить при данной мощности генератора.

Вследствие этого в трубках, питаемых импульсным генератором, обычно спускают часть, производящую ионы; ионную же лавину получают в самой ускоряющей трубке, вакуум в которой поддерживается не особенно высоким. При таком устройстве ионы образуются не только у анода высоковольтной трубки, как в схемах с постоянным напряжением, а вдоль всей трубки. Благодаря этому, не все ионы проходят полное падение напряжения, приложенного к трубке, большинство ионов образуется в газе в середине трубки и таким образом ускоряется только частью приложенного напряжения. Это приводит к тому, что лишь небольшая часть ионов имеет скорости, соответствующие полному приложенному напряжению, большинство же ионов имеет скорости значительно меньшие.

Однако, согласно изобретению, этот недостаток легко устранить, изменив немного схему ударного генератора. Метод раздельного получения и ускорения ионов в двух различных трубках с разными давлениями газа представляют столь значительные и очевидные преимущества, что для возможности применения его к установкам, питаемым импульсным генератором, стоит пойти на некоторое усложнение схемы ударного генератора.

Для того, чтобы получить по возможности большой ионный ток в вакуумной ускоряющей трубке, нужно, чтобы ток в производящей ионы трубке был возможно больше и притом во много раз больше, чем ток в ускоряющей части. Это можно осуществить, построив такую схему, в которой производящая ионы трубка питалась бы отдельным мощным импульсным генератором, построенным из небольшого числа конденсаторов большой емкости, а ускоряющая часть, токи в которой значительно меньше, но приложенное напряжение во много раз больше, должна питаться импульсным генератором, состоящим из большого числа конденсаторов, емкость которых может быть взята значительно меньше. К вспомогательному мощному импульсному генератору, дающему не очень высокое напряжение, питающее трубку-источник ионов, должны быть предъявлены еще два требования. Во-первых, он должен находиться под полным напряжением импульса, даваемого первым генератором и, во-вторых, должен работать с ним синхронно или лучше начинать свою работу немного раньше основного.

Этим требованиям отвечает приводимая на чертеже схема.

Импульсный генератор, питающий разрядную трубку, состоит из двух частей. Часть А представляет собой обычный импульсный генератор, присоединенный к трубке 1, в которой происходит ускорение ионов. Часть В представляет собой мощный ударный генератор, состоящий из небольшого числа конденсаторов большой емкости.

Генератор А питается обычным путем установкой, состоящей из рентгеновского трансформатора 3 и кенотронов 4; конденсаторы С₁…C_n через защитное сопротивление r₃ и сопротивление r₁ заряжаются до некоторого потенциала. Конденсаторы C₁…C¹ _m генератора В заряжаются через те же сопротивления и сопротивление R₁. Расстояние между шарами разрядников генератора В несколько меньше, чем в генераторе А. Благодаря этому первая искра проскакивает в разрядниках генератора В, генератор В работает первым и через искровой промежуток S подает напряжение на трубку 2, в которой происходит мощный кратковременный разряд. Образовавшаяся в трубке ионная лавина через канал, соединяющий обе трубки, проходит в ускоряющую трубку 1. Для того, чтобы свести время зажигания трубки 2 к минимуму, через нее, благодаря включенному параллельно искровому промежутку сопротивлению R₂, проходит слабый ток, поддерживающий слабый разряд в трубке 2 также и в то время, когда к трубке 2 не приложено импульса от генератора В. Образующиеся при этом в небольшом количестве ионы частично проходят в часть 1, но, как видно из схемы, все будут задержаны обратным полем в части 1.

В момент импульса на генераторе В между точками k и h этого генератора возникает напряжение, равное удвоенному зарядному напряжению конденсаторов. Точка k непосредственно соединена с одной из обкладок последнего конденсатора генератора А, точка h соединена со второй обкладкой через сопротивление R₁, величина которого значительно меньше, чем r₁ и r₂.

Вследствие этого, непосредственно после удара генератора В, на последнем конденсаторе генератора А создается перенапряжение и последний разрядник генератора А срабатывает и вызывает работу всего генератора А.

Таким образом, импульс на генераторе В служит пусковым механизмом для генератора А, дающего импульс сейчас же за В.

1. Генератор импульсов, состоящий из последовательно включенных импульсных устройств, различных по напряжению и по емкости, одно из каковых устройств служит одновременно и для пуска генератора импульсов, отличающийся тем, что пусковое устройство состоит из небольшого числа элементов большой емкости и дает сравнительно невысокое напряжение, тогда как другое устройство состоит из большого числа элементов меньшей емкости и должно давать импульс высокого напряжения.

2. Применение устройства по п. 1 для питания пустотной разрядной трубки.

3. Форма выполнения генератора по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью создания начальной ионизации в разрядной трубке, питаемой генератором, генератор снабжен таким дополнительным сопротивлением R₂, шунтирующим шаровой разрядник S и соединенным с разрядной трубкой, чтобы при малой силе тока падение напряжения на сопротивлении R₂ было недостаточно для разряда на разряднике.