Генератор высокого напряжения Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 H05H5/00 

(54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике ус корения заряженных частиц и может быт использовано при создании сильноточны наносекундных ус сорителей прямого дей ствия набольшие энергии. Известен генератор высокого напряжения, содержащий зарядное устройство, конденсатор и коммутатор 1j. Недостатком известного устройства является сложность создания конденсаторных элементов на высокие и сверхвысокие напряжения, что ограничивает энергию ускоряемых частиц. Наиболее близок к предлагаемому генератор высокого напряжения, содер жеиций тороидальный вакуумный конденсатор с внутренним и внешним электро дами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутаTot и устройство для подвески внутреннего электрода тороидального конденсатора. Такой генератор позволяет получить мегавольтные потенциалы 2. Недостатком известного генератора является противоречие между энерг емкостью генератора и расстоянием между тороидальными электродами. Цель изобретения - увеличение эне гоемкости генератора при неизменных габаритах наружного электрода и при том же максимальном напряжении на генераторе. Указанная цель достигается тем, что в генераторе-высокого напряжения, содержащем тороидальный конденсатор с внутренним и внешним электроДс1ми, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутатор для подвески внутреннего электрода, внутренний электрод выполнен из двух участков с разными диаметрсгми поперечного сечения, причем участок с меньшим.диаметром установлен напротив термокатода. В данной конструкции тороидального конденсатора меньший диаметр поперечного сечения внутреннего электрода рассчитывается ifs условия первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода, а больший диаметр поперечного сечения внутреннего электрода рассчитывается из условия магнитной изоляции. На фиг. 1 дан генератор по экваториальной плоскости, разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг. 1, Генератор высокого напряжения соцержит тороидальный вакуумный конденсатор с внешним 1 и внутренним 2 электродами, тороидальный соленоид 3

подключенный к источнику 4 питания, и устройство для подвески внутреннего электрода.

Внешний электрод 1 имеет кольцевой диэлектрический зазор 5, а в экваториальной плоскости к внешнему электроду 1 присоединен патрубок 6, в котором на изоляторе 7 укреплен проводящий стержень 8. Между стержнем 8 и внутренним электродом 2 имеется вакуумный зазор 9. На внутреннем

электроде 2 напротив стержня 8 имеется выступ 10. Проводящий стержень 8, вакуумный зазор 9 и выступ 10 образуют в совокупности коммутатор. В полости внешнего электрода 1 расположен термокатод 11.

Внутренний электрод 2 содержит участок 12 с большим диаметром поперечного сечения и участок 13 с меньшим диаметром поперечного сечения. Величина этих диаметров определяется необходимым максимальный напряжением на генераторе и необходимой емкостью генератора.

Участок 13 (зарядный участок) занимает меньшую часть тора, например 1/6 часть вдоль круговой оси тора. Во внутреннем электроде 2 имеется кольцевой диэлектрический зазор 14. Электроны, испущенные термокатодом 11, дрейфуют к участку 13 по траектории 15. Емкостная часть межэлектрод ного промежутка конденсатора образована вакуумным зазором 16 между внешним электродом 1 и участком 12 внутреннего электрода 2. Зарядная часть межэлектродного промежутка конденсато ра образована вакуумным зазором 17 между наружным электродом 1 и участко 13 внутреннего электрода 2.

Генератор высокого напряжения работает следующим образом.

Между электродами 1 и 2 тороидального, конденсатора получают высокий вакуум. Включают термокатод 11 и устройство для подвески внутреннего электрода. Когда внутренний электрод 2 занимает pa6oj ee положение, при котором внешний 1 и внутренний. 2 электроды коаксиальны, из источника 4 питания в соленоид 3 подают импульс тока При этом пространство внутри соленойда 3 начинает пронизываться возрастающим во времени тороидальным магнитным полем. В зазоре между электродами конд.нсатора возникает вихрева электродвижущая сила, напряженность электрического поля которой в каждой точк направлена по перпендикуляру относительно вектора напряженности торО1щального магнитного поля.

Электроны, эмиттированные термокатодом 11, под действием взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей.дрейфуют к внутреннему электроду 2 и заряжают его.В npibcTpaHстве между электродами 1 it 2 конденсатора .возникает возрастающее во времени электрическое- поле. Так как зазор между внутренним и наружным электродами тороидального конденсатора в зарядной части больше, чем в емк-остной части, то в районах сопряжения этих зазоров электрическое поле конденсатора, кроме радиальной компоненты, содержит также азимутальную (вдоль окружности большого радиуса торов) компоненту, которая создает в этих районах потенциальные барьеры и, таким, образом, локализует область переноса заряда от термокатода 11 на внутренний электрод 2 вакуумным зазором 17, т.е. зарядной частью межэлектродного пространства конденсатора.

После того, как напряжение на конденсаторе достигает заданной величины, между электродами 8 и 10 коммутатора через вакуумный зазор 9 происходит электрический пробой, т.е. срабатывает коммутатор, и электрический заряд, накопленный на внутреннем электроде 2, по проводящему стержню 8 подается на низкоомную нагрузку, например, рентгеновский импульсный диод.

Кратковременность процесса коммутации и магнитная изоляция, создаваемая протекающим по стержню 8 большим разрядным током, обеспечивают электрическую прочность изолятора 7.

Межэлектродный зазор тороидального конденсатора генератора высокого напряжения выполняет две функции. С одной стороны, он определяет емкость конденсатора, а значит и запасаемую в нем энергию. Чем меньше зазор между электродами 1 и 2, тем больше .емкость конденсатора, тем больше запасенная в генераторе энергия.

С другой стороны, межэлектродный зазор - это пространство, в котором осуществляется перенос электронов от термокатода 11 к внутреннему электроду 2,

Чем больше межэлектродный зазор, тем дольше выполняется условие первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода и тем до большего напряжения можно зарядить конденсатор.

Таким образом, чтобы повысить емкость конденсатора (генератора), следуе.т уменьшить межэлектродный зазор, а чтобы повысить величину напряжения, до которого возможно зарядить конденсатор (генератор), межэлектродный зазор необходимо увеличивать .

Совместить эти два противоречивых требования становится возможньйм благодаря специальной конструкции внутреннего электрода с двумя участками с разным диаметром поперечного сечения. Участок тора внутреннего электрода, находящийся напротив термо,катода (.зарядный участок), изготовлен с меньшим диаметром поперечного сечения, таким, которым обеспечивается возможность зарядки внутреннего электрода до заданной величины максимального напряжения. Второй, больший по величине, участок тора внутреннего электрода емкостной участок изготовлен с большим диаметром поперечного сечения, таким, который обеспечивает значительное (в несколько раз) увеличение емкости конденсатора при сохранении электрической прочноети межэлектродного промежутка конденсатора с учетом магнитной изоляции ,

Такая конструкция внутреннего электрода позволяет без увеличения размеров наружного электрода и при неизменной амплитуде напряжения на генераторе в несколько раз повысить емкость конденсатора.

Увеличение емкости конденсатора no вьшает запасенную в генераторе энергию, т.е. повышает энергоемкость генератора. Увеличение энергоемкости генератора улучшает удельные параметры генератора высокого напряжение, повышает его КПД.

Формула изобретения

Генератор высокого напряжения, соцержащий тороидальный конденсатор с внутренним и внешним электродами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутатор для подвески внутреннего электрода, о тличающийся тем, что, с целью увеличения энергоемкости генератора, внутренний электрод выполнен из двух участков с разными диаметрами поперечного сечения, причем участок с меньшим диаметром установлен напротив термокатода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Winterberg F. Ih Nuovo CImento 19 1974, 20 В l,p. 173-195.