ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИОННЫЙ МНОГОСЕКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1966 года по МПК H01J13/52 

Многочисленные эксперименты показывают, что пробивное напряжение между двумя электродами в ртутных парах трудно получить выше 50-60 кв. В высоковольтных ртутных вентилях давно уже применяются многосекционные конструкции, для чего разрядное пространство между катодом и анодом разделяют диафрагмами на ряд отдельных промежутков.

Применяемые конструкции диафрагм в высоковольтных многосекционных, вентилях не обеспечивают достаточно равномерного распределения напряжения между отдельными секциями.

Эти диафрагмы нельзя делать со слишком малой электрической проницаемостью, так как малопроницаемая сетка не обеспечивает сквозного зажигания вентиля при невысоком анодном напряжении. Редкая же сетка (высокопроницаемая диафрагма) не обеспечивает достаточно равномерного деления напряжения между отдельными секциями.

Применяя управляемые секции, возможно получить в одном многосекционном приборе такое же равномерное распределение напряжений и такую же надежность против обратных зажиганий, как и при последовательном включении нескольких независимых приборов. Вместе с тем такой многосекционный прибор будет обладать одной лишь вакуумной системой. Габариты его невелики и управление им немногий сложнее, нежели управление простым преобразователем.

Для этой цели, согласно изобретению, каждую секцию предлагается снабдить небольшим накаленным катодом, например, вольфрамовым, дающим ток эмиссии всего лишь несколько миллиампер. Корпусу секции может быть задан различный потенциал относительно этого накаленного катода.

На чертеже схематично изображен продольный разрез предлагаемого преобразователя.

Здесь А - анод, И - изолирующие цилиндры секций, К - накаливаемые вспомогательные катоды, получающие питание от обмоток Т, - ртутный катод.

Каждая секция выполнена в виде решетки, достаточно высокой и густой, чтобы ее электрическая проницаемость практически равнялась нулю.

Такая конструкция должна соответствовать последовательному включению приборов, объединенных лишь общей вакуумной системой.

Обратное зажигание между двумя смежными секциями не должно вызывать сквозного обратного зажигания через весь прибор, если только это местное обратное зажигание не вызовет резкой порчи вакуума во всем приборе.

Когда корпус каждой секции отрицателен относительно своего наклонного катода, то электроды, испускаемые этим катодом, не могут вылетать далеко за пределы секции. Весь вентиль при этом заперт. Высокое напряжение (положительное) на его аноде не способно вызвать прохождение тока.

При подаче на секцию положительного (относительно ее катода) напряжения электроны, эмитируемые катодом, ускоряются, производят вблизи каждой секции ионизацию и, таким образом, во всех разрядных промежутках образуется токопроводящая плазма. Небольшое положительное напряжение на аноде уже достаточно для того, чтобы вызвать сквозную проводимость всего прибора.

В обратный полупериод, когда на аноде отрицательное напряжение, катоды всех секций также должны быть заперты. Полное отрицательное анодное напряжение делится при этом между отдельными секциями преобразователя так же равномерно, как оно делилось бы между независимыми последовательно включенными приборами.

Для питания каналов всех секций можно применять специальный изолирующий высокочастотный канал, состоящий из двух концентрических труб изолирующего материала (например, бакелизированной бумаги). На трубах намотан ряд цилиндрических катушек. Внешние и внутренние катушки сдвинуты относительно друг друга (расположены в шахматном порядке). Таким образом весь энергоканал - это продольная компенсированная линия.

Для полного питания преобразователя требуется два энергетических канала: по одному проводят высокую частоту, необходимую для накала катодов, по другому - модулированную высокую частоту - импульсы управления. Мощность накала каждого катода может быть порядка нескольких ватт.

Для управления каждой секцией достаточна, по-видимому, значительно меньшая мощность. Подвод таких мощностей можно обеспечить при малых токах энергетического канала.

Наличие накаленного катода в каждой секции может быть полезно еще из тех соображений, что выделяющееся тепло предотвращает конденсацию ртути в секциях, обеспечивает во всем разрядном пространстве атмосферу ненасыщенного ртутного пара.

При рабочем напряжении вентили в 200 кв его можно выполнить из 20 или даже 30 секций. Обратное напряжение на каждой секции в непроводящий полупериод будет при таком их числе меньше 10 кв. Поэтому в преобразователе можно поддерживать относительно высокую плотность ртутного пара без боязни обратных зажиганий.

Высокая же плотность ртутного пара позволяет допускать большие плотности тока в проводящий полупериод. Поэтому даже на токи 200-500, а диаметр преобразователя может быть относительно невелик.

Высота металлической части каждой секции может быть не более 20 мм. Высоту изолирующей части можно сделать 80 мм. Таким образом, высота двадцати секционного прибора получается около 2 м. Такие размеры гармонируют с преобразуемым напряжением 200 кв.

Мощность, выделяющаяся на каждой секции, может достигать несколько сотен ватт. Для отвода этой мощности можно применить или воздушное, или жидкостное циркуляционное охлаждение. Изолирующая жидкость (например, масло) упрощает всю коммуникацию охлаждающих трубопроводов.

Для обеспечения равномерного деления напряжения между отдельными секциями прибора одной междусекционной емкости может оказаться недостаточно. Емкость обмоток, питающих цепи накала и цепи управления относительно высокочастотного энергоканала не велика и не сможет обеспечить равномерного деления напряжения между секциями. Поэтому параллельно преобразователю необходимо подключить достаточно мощный делитель напряжения. Он должен обеспечивать равномерность деления напряжения даже при крутых волнах напряжения. Делитель этот должен быть полностью апериодичным. Помимо емкостей, он должен иметь достаточные активные сопротивления, чтобы обеспечить отсутствие собственных колебаний. Понятно также, что проводники, идущие от преобразователя к делителю, не должны иметь большой индуктивности, чтобы не образовывать паразитных контуров.

Показанное на чертеже выполнение преобразователя имеет целью лишь пояснить принципиальную идею изобретения. Конструктивная разработка аппарата может многое изменить, например, вместо ряда отдельных изолирующих цилиндров может быть применена одна длинная труба с боковыми выводами и т.д.

1. Высоковольтный ионный многосекционный преобразователь, в котором пространство между анодом и катодом разделено на ряд отдельных промежутков, отличающийся тем, что каждая промежуточная секция снабжена вспомогательным катодом, между которым и корпусом секции приложено управляющее напряжение для создания ионизации.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся применением для накала вспомогательных катодов тока высокой частоты.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что управляющее напряжение между корпусом секции и ее катодом подводится через выпрямитель от источника тока высокой частоты.