RU2771664C1

RU2771664C1 - Electric discharge radiation source

Info

Publication number: RU2771664C1
Application number: RU2021120812A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Бурцев; Евгений Павлович Большаков; Андрей Александрович Самохвалов; Кирилл Александрович Сергушичев; Артем Анатольевич Смирнов; Анатолий Александрович Бурцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Лаборатория имени Владимира Анатольевича Бурцева»
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2022-05-11

Abstract

FIELD: X-ray microscopy.

SUBSTANCE: invention relates to high-voltage nanosecond technology, in particular to radiation sources that are used in X-ray microscopy to study the internal structure of cell cultures on a nanosize scale, as well as in photolithography and other fields of technology. An electric discharge radiation source contains a high voltage source, a gas system, a spark gap connected in series with a capacitive storage device, a transporting line, a load consisting of a coaxially arranged disk cathode with a central hole, a disk insulator, an anode assembly with a ceramic capillary, as well as a chamber with a gas outlet. The transporting line is made of high-voltage strip lines.

EFFECT: increase in the efficiency of an electric discharge radiation source.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике, в частности к источникам излучения, находящим применение в рентгеновской микроскопии для исследований внутренней структуры клеточных культур в наноразмерном масштабе, а также в фотолитографии и др. областях техники.The invention relates to high-voltage nanosecond technology, in particular to radiation sources that are used in X-ray microscopy for studying the internal structure of cell cultures on a nanoscale, as well as in photolithography and other fields of technology.

Использование быстрых электрических капиллярных разрядов для получения неравновесной плазмы многозарядных ионов является одним из основных путей создания компактных и недорогих источников экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения, которые были бы доступными для научных организаций различного профиля.The use of fast electric capillary discharges to obtain a nonequilibrium plasma of multiply charged ions is one of the main ways to create compact and inexpensive sources of extreme ultraviolet (EUV) radiation that would be available to scientific organizations of various profiles.

С уменьшением длины волны генерации необходимая удельная мощность накачки резко возрастает, а эффективность преобразования запасаемой в генераторах электрической энергии в тепловую и потенциальную энергию инвертируемой среды падает. Это приводит к необходимости увеличения запасаемой энергии, что сокращает срок службы капиллярных трубок и усложняет эксплуатацию подобных источников.With a decrease in the generation wavelength, the required specific pump power increases sharply, and the efficiency of converting the electrical energy stored in the generators into the thermal and potential energy of the inverted medium decreases. This leads to the need to increase the stored energy, which reduces the service life of capillary tubes and complicates the operation of such sources.

Поэтому определяющим требованием, предъявляемым к таким источникам, является эффективность работы.Therefore, the defining requirement for such sources is the efficiency of work.

Известен электроразрядный источник излучения [J. Schmidt, K. Kolacek, V. Bohacek, M. Ripa, O. Frolov, P. Yrba, A. Jancarek, M. Vrbova //Soft X-Ray Radiation of Fast-Capillary Discharge CAPEX 2// 5^th Int. Conf.on Dense Z-Pinches. 2002, American Institute of Physics, 6, pp. 165-167], содержащий емкостной накопитель в виде генератора Маркса, транспортирующую линию в составе промежуточной коаксиальной секции с газовой изоляцией и коаксиального конденсатора с водяной изоляцией, а также нагрузку. В источнике реализована схема обострения и формирования импульса напряжения наносекундной длительности на коаксиальном конденсаторе с водяной изоляцией. Known electric discharge radiation source [J. Schmidt, K. Kolacek, V. Bohacek, M. Ripa, O. Frolov, P. Yrba, A. Jancarek, M. Vrbova //Soft X-Ray Radiation of Fast-Capillary Discharge CAPEX 2// 5 ^th Int. Conf.on Dense Z-Pinches. 2002, American Institute of Physics, 6, pp. 165-167], containing a capacitive storage device in the form of a Marx generator, a transport line consisting of an intermediate gas-insulated coaxial section and a water-insulated coaxial condenser, as well as a load. The source implements a sharpening scheme and the formation of a nanosecond voltage pulse on a coaxial capacitor with water insulation.

В пространстве между внутренним электродом коаксиального конденсатора и катодным диском нагрузки установлен основной разрядник, с внешней стороны которого водяная изоляция, а внутренний объем заполнен газом SF₆. Катодный диск с центральным трубчатым электродом отделен диэлектрическим барьером от анодного узла, состоящего из внешнего металлического токопровода диаметром 80 мм и соосно размещенного в нем керамического капилляра с внутренним диаметром 3,2 мм.In the space between the inner electrode of the coaxial capacitor and the cathode disk of the load, the main spark gap is installed, on the outside of which there is water insulation, and the internal volume is filled with SF ₆ gas. The cathode disk with a central tubular electrode is separated by a dielectric barrier from the anode unit, which consists of an external metal conductor 80 mm in diameter and a ceramic capillary with an inner diameter of 3.2 mm placed coaxially in it.

Внутренняя полость между обратным токопроводом и керамическим капилляром заполнена газом SF₆ для повышения электрической прочности. The internal cavity between the return conductor and the ceramic capillary is filled with SF ₆ gas to increase the dielectric strength.

На конце анодного узла установлена камера с игольчатым клапаном напуска газа в капилляр.A chamber with a needle valve for gas inlet into the capillary is installed at the end of the anode unit.

Генератор Маркса состоит из восьми каскадов накопительных конденсаторов. В результате последовательного соединения конденсаторов на выходе генератора Маркса возникает импульс высокого напряжения, который через транспортирующую линию прикладывается к электроду основного разрядника и анодному узлу. В период времени зарядки коаксиального конденсатора до пробоя газового промежутка основного разрядника в нагрузке протекает емкостной ток амплитудой примерно 40 А, который обеспечивает предварительную ионизацию газа в капилляре. При достижении пробивного напряжения газового промежутка происходит коммутация разрядника, в результате на катоде возникает импульс высокого напряжения.The Marx generator consists of eight stages of storage capacitors. As a result of the serial connection of capacitors, a high voltage pulse arises at the output of the Marx generator, which is applied through the transport line to the electrode of the main spark gap and the anode assembly. During the charging time of the coaxial capacitor until the breakdown of the gas gap of the main spark gap, a capacitive current with an amplitude of approximately 40 A flows in the load, which ensures the preliminary ionization of the gas in the capillary. When the breakdown voltage of the gas gap is reached, the spark gap is switched, as a result, a high voltage pulse appears on the cathode.

При выходном напряжении генератора Маркса 140 кВ в газонаполненном капилляре возникает импульс тока с амплитудой до 44 кА при длительности периода порядка 238 нс. Частота следования импульсов около двух герц. Предусмотрена возможность предварительной ионизации газа в капилляре от отдельного источника импульсного напряжения микросекундной длительности. At an output voltage of the Marx generator of 140 kV, a current pulse with an amplitude of up to 44 kA occurs in a gas-filled capillary with a period of about 238 ns. The pulse repetition rate is about two hertz. It is possible to pre-ionize the gas in the capillary from a separate microsecond pulsed voltage source.

Наполнение капилляра газом происходит через игольчатый клапан, который установлен на камере с внешней стороны относительно анодного узла. При этом газ поступает в капилляр с одной стороны, а, именно, с анодного выхода, чем значительно ограничивается частота следования импульсов излучения. The filling of the capillary with gas occurs through a needle valve, which is installed on the chamber from the outside relative to the anode unit. In this case, the gas enters the capillary from one side, namely, from the anode outlet, which significantly limits the repetition rate of the radiation pulses.

Основным недостатком электроразрывного источника излучения является его низкая эффективность.The main disadvantage of the electrical discontinuous radiation source is its low efficiency.

Это вызвано тем, что компрессия импульса напряжения происходит в несколько этапов с неизбежными отражающими эффектами. В результате вся энергия емкостного накопителя выделяется в нагрузке, в том числе за пределами активной зоны генерации излучения, что приводит к значительным тепловым нагрузкам на материал керамики и снижает их ресурс. This is due to the fact that the compression of the voltage pulse occurs in several stages with inevitable reflective effects. As a result, the entire energy of the capacitive storage is released in the load, including outside the active zone of radiation generation, which leads to significant thermal loads on the ceramic material and reduces their service life.

Следует отметить также сложный технологический состав оборудования источника и ограничения по частоте следования импульсов из-за одностороннего ввода газа в капилляр и применения газовых разрядников. It should also be noted the complex technological composition of the source equipment and the limitations on the pulse repetition rate due to the one-sided injection of gas into the capillary and the use of gas dischargers.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электроразрядный источник излучения, выбранный в качестве прототипа [L. Soto, P. Silva, J. Moreno, M. Zambra, G. Sylvester, A. Esaulovy, and L. Altamirano. Dense Plasmas Research in the Chilean Nuclear Energy Commission: Past, Present and Future. Brazilian Journal of Physics, vol. 32, no. 1, 2002, p. 139-154.], включающий высоковольтный источник напряжения, источник предварительной ионизации, газовую систему, емкостной накопитель, соединенный последовательно с разрядником, транспортирующей линией и нагрузкой в составе соосно расположенных дискового катода с центральным отверстием, дискового изолятора, анодного узла с керамическим капилляром, а также камеру с газовым выводом.The closest in technical essence to the present invention is an electric discharge source of radiation, selected as a prototype [L. Soto, P. Silva, J. Moreno, M. Zambra, G. Sylvester, A. Esaulovy, and L. Altamirano. Dense Plasmas Research in the Chilean Nuclear Energy Commission: Past, Present and Future. Brazilian Journal of Physics, vol. 32, no. 1, 2002, p. 139-154.], including a high-voltage voltage source, a pre-ionization source, a gas system, a capacitive storage connected in series with a spark gap, a transport line and a load consisting of a coaxially arranged disk cathode with a central hole, a disk insulator, an anode assembly with a ceramic capillary, and also a chamber with a gas outlet.

Для электрического разряда в газе капилляра используется энергия, накопленная в конденсаторе, выполненном в виде конструктивной емкости между катодным диском и диском анодного узла, разделенных дисковым изолятором. Диски выполнены из латуни, внешний диаметр дисков 80 мм. В качестве материала в дисковом изоляторе используется майлар, поливинилхлорид или аналогичный диэлектрик. For an electric discharge in the capillary gas, the energy accumulated in the capacitor is used, which is made in the form of a constructive capacitance between the cathode disk and the disk of the anode unit, separated by a disk insulator. The discs are made of brass, the outer diameter of the discs is 80 mm. The material used in the disc insulator is Mylar, PVC, or a similar dielectric.

В отличие от аналога в источнике используется схема импульсной зарядки конденсатора, установленного непосредственно на нагрузке. Для импульсной зарядки между конденсаторами установлен последовательно газовый разрядник и транспортирующая линия в виде умножителя напряжения на основе отрезков кабельных линий длиной 2 м с волновым сопротивлением 50 Ом. На входе умножителя линии соединены параллельно, а на выходе последовательно [Г.А. Месяц, А.С. Насибов, В.В. Кремнев. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, М., «Энергия», 1970. с. 19.]. После срабатывания газового разрядника умножитель напряжения обеспечивает транспортировку энергии емкостного накопителя в конденсатор нагрузки с одновременным повышением амплитуды импульса напряжения. Такой умножитель может обеспечить увеличение амплитуды импульса напряжения с 13 кВ до 50 кВ с фронтом около 20 нс. In contrast to the analogue, the source uses a circuit for pulsed charging of a capacitor installed directly on the load. For pulse charging between the capacitors, a gas discharger and a transport line in the form of a voltage multiplier are installed in series, based on segments of cable lines 2 m long with a wave impedance of 50 Ohm. At the input of the multiplier, the lines are connected in parallel, and at the output in series [G.A. Month, A.S. Nasibov, V.V. Kremnev. Formation of nanosecond high-voltage pulses, M., "Energy", 1970. p. nineteen.]. After the gas discharger is actuated, the voltage multiplier ensures the transportation of the energy of the capacitive storage to the load capacitor with a simultaneous increase in the amplitude of the voltage pulse. Such a multiplier can provide an increase in the voltage pulse amplitude from 13 kV to 50 kV with a rise time of about 20 ns.

В анодном узле установлен керамический капилляр с диаметром внутреннего отверстия около 1,5 мм, длиной до 8 мм с тесным расположением обратного токопровода, что позволяет уменьшить индуктивность газового разряда в капилляре.A ceramic capillary with an internal hole diameter of about 1.5 mm and a length of up to 8 mm is installed in the anode unit, with a close arrangement of the return conductor, which makes it possible to reduce the inductance of the gas discharge in the capillary.

Во время зарядки конденсатора, установленного между катодным диском и анодным узлом, в газе капилляра возникает емкостной ток, величина которого ограничена значительным сопротивлением транспортирующей линии. Этого тока недостаточно для предварительной ионизации газового канала.During the charging of a capacitor installed between the cathode disk and the anode assembly, a capacitive current arises in the capillary gas, the value of which is limited by the significant resistance of the transport line. This current is not enough to pre-ionize the gas channel.

Поэтому для предварительной ионизации газа в капилляре используется импульсный источник электронов, размещенный с внешней стороны дискового катода с центральным отверстием. Синхронизация источника электронов связана с временем заряда конденсатора, установленного между катодным диском и анодным узлом, обеспечивая при этом условия для электрического разряда в газовом канале на требуемом значении напряжения. Therefore, to pre-ionize the gas in the capillary, a pulsed electron source is used, which is placed on the outer side of the disk cathode with a central hole. Synchronization of the electron source is related to the charge time of the capacitor installed between the cathode disk and the anode assembly, while providing the conditions for an electric discharge in the gas channel at the required voltage value.

Газовая схема - проточного типа, наполнение капилляра происходит через центральное отверстие в дисковом электроде, а вывод газа происходит через клапан камеры, герметично установленной с внешней стороны анодного узла. Такая схема обеспечивает быструю смену и необходимый градиент давлений газа, а также частотный режим работы устройства. Источник работает при частоте несколько герц. The gas circuit is of a flow type, the filling of the capillary occurs through the central hole in the disk electrode, and the gas is discharged through the valve of the chamber, hermetically installed on the outside of the anode assembly. Such a scheme provides a quick change and the necessary gas pressure gradient, as well as the frequency mode of operation of the device. The source operates at a frequency of several hertz.

При напряжении конденсатора нагрузки около 10 кВ и давлении аргона в капилляре 0,65 мбар максимум амплитуды разрядного тока в капилляре составил 5 кА с временем нарастания по уровню амплитуды 10…90% около 3 нс.At a load capacitor voltage of about 10 kV and an argon pressure in the capillary of 0.65 mbar, the maximum amplitude of the discharge current in the capillary was 5 kA with a rise time in amplitude of 10–90% of about 3 ns.

Недостатком электроразрывного источника излучения так же является его низкая эффективность. Это вызвано тем, что волновое сопротивление умножителя напряжения определяется большим сопротивлением кабеля, что ограничивает амплитуду зарядного тока емкости между катодным диском и анодным узлом. Следует также отметить, что применение газового разрядника ограничивает частоту работы источника.The disadvantage of the electrical discontinuous radiation source is also its low efficiency. This is due to the fact that the wave impedance of the voltage multiplier is determined by the high resistance of the cable, which limits the amplitude of the capacitance charging current between the cathode disk and the anode assembly. It should also be noted that the use of a gas discharger limits the frequency of operation of the source.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы электроразрядного источника излучения. The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the electric discharge radiation source.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в электроразрядном источнике излучения, включающем высоковольтный источник напряжения, газовую систему, разрядник, соединенный последовательно с емкостным накопителем, транспортирующей линией, нагрузкой в составе соосно расположенных дискового катода с центральным отверстием, дискового изолятора, анодного узла с керамическим капилляром, а также камеру с газовым выводом, согласно настоящему изобретению, транспортирующая линия выполнена соединенными параллельно высоковольтными полосковыми линиями. The claimed technical result is achieved by the fact that in an electric discharge source of radiation, including a high-voltage voltage source, a gas system, a spark gap connected in series with a capacitive storage, a transport line, a load consisting of a coaxially arranged disk cathode with a central hole, a disk insulator, an anode assembly with a ceramic capillary , as well as a chamber with a gas outlet, according to the present invention, the transport line is made of high-voltage strip lines connected in parallel.

Новое схемное решение позволяет повысить амплитуду тока между емкостным накопителем и нагрузкой. В результате повышается стабильность работы разрядника. Кроме того, обеспечивается увеличение амплитуды напряжения на нагрузке относительно зарядного напряжения емкостного накопителя. Амплитуда импульса напряжения на нагрузке примерно в полтора раза превышает величину зарядного напряжения емкостного накопителя. Достигнутые результаты являются определяющим фактором эффективности источника излучения, особенно для частотного режима работы. The new circuit solution allows increasing the current amplitude between the capacitive storage and the load. As a result, the stability of the arrester operation is increased. In addition, an increase in the voltage amplitude at the load relative to the charging voltage of the capacitive storage is provided. The amplitude of the voltage pulse at the load is approximately one and a half times greater than the value of the charging voltage of the capacitive storage. The results achieved are the determining factor in the efficiency of the radiation source, especially for the frequency mode of operation.

Таким образом, за счет всей совокупности существенных признаков изобретения достигается заявленный технический результат, а именно, повышение эффективности работы источника.Thus, due to the totality of the essential features of the invention, the claimed technical result is achieved, namely, an increase in the efficiency of the source.

Сущность заявляемого изобретения и варианты его реализации раскрыты в нижеследующем описании и на фигурах.The essence of the claimed invention and options for its implementation are disclosed in the following description and figures.

На Фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого электроразрядного источника излучения.On FIG. 1 shows a block diagram of the inventive electric discharge radiation source.

На Фиг. 2 представлены выходные осциллограммы, снятые с каналов сбора данных электроразрядного источника излучения.On FIG. Figure 2 shows the output oscillograms taken from the data acquisition channels of the electric discharge radiation source.

На Фиг. 3 представлены спектры излучения смеси Ar:He при давлении 1,3 мбар для разных расстояний. On FIG. Figure 3 shows the emission spectra of an Ar:He mixture at a pressure of 1.3 mbar for different distances.

На фигурах обозначено:The figures indicate:

1 - высоковольтный источник напряжения; 1 - high-voltage voltage source;

2 - газовая система; 2 - gas system;

3 - блок управления разрядником;3 - arrester control unit;

4 - металлический корпус;4 - metal case;

5 - разрядник;5 - arrester;

6 - емкостной накопитель; 6 - capacitive storage;

7 - транспортирующая линия;7 - conveying line;

8 - высоковольтная полосковая линия;8 - high-voltage strip line;

9 - нагрузка;9 - load;

10 - дисковый катод с центральным отверстием; 10 - disk cathode with a central hole;

11 - дисковый изолятор; 11 - disk insulator;

12 - анодный узел; 12 - anode assembly;

13 - дисковый электрод; 13 - disk electrode;

14 - обратный токопровод;14 - return conductor;

15 - керамический капилляр; 15 - ceramic capillary;

16 - газовый ввод;16 - gas inlet;

17 - камера; 17 - camera;

18 - газовый вывод;18 - gas outlet;

19 - керамический конденсатор;19 - ceramic capacitor;

20 - трубчатый катод;20 - tubular cathode;

21 - высоковольтный омический делитель напряжения емкостного накопителя;21 - high-voltage ohmic voltage divider of the capacitive storage;

22 - высоковольтный омический делитель напряжения нагрузки;22 - high-voltage ohmic load voltage divider;

23 - магнитоиндукционный датчик;23 - magnetic induction sensor;

24 - токовый шунт;24 - current shunt;

25 - напряжение зарядки емкости нагрузки;25 - load capacity charging voltage;

26 - ток основного разряда;26 - current of the main discharge;

27 - ток предионизации;27 - preionization current;

28 - линия аргона Ar - VIII (15,9 нм);28 - line of argon Ar - VIII (15.9 nm);

29 - линия кислорода (15,06 нм);29 - oxygen line (15.06 nm);

30 - полоса пропускания фильтра Ti/Si.30 - Ti/Si filter bandwidth.

Электроразрядный источник излучения (Фиг. 1) включает в себя высоковольтный источник напряжения 1, газовую систему 2, блок управления разрядником 3, размещенные в металлическом корпусе 4 разрядник 5 и емкостной накопитель 6, а также транспортирующую линию 7, состоящую в предлагаемом решении из четырех высоковольтных полосковых линий 8, нагрузку 9, состоящую из дискового катода с центральным отверстием 10, дискового изолятора 11 и анодного узла 12, состоящего из дискового электрода 13, обратного токопровода 14 и керамического капилляра 15, газового ввода 16, установленного с внешней стороны дискового катода, камеру 17, герметично соединенную с обратным токопроводом, газовый вывод 18 на стенке камеры. Герметичность соединения дискового катода и анодного узла обеспечивается внешними диэлектрическими шпильками (на чертеже не показано). Емкость анодного узла составляет около 22 пФ.The electric discharge radiation source (Fig. 1) includes a high-voltage voltage source 1, a gas system 2, a spark gap control unit 3, a spark gap 5 and a capacitive storage 6 placed in a metal case 4, as well as a transport line 7, consisting in the proposed solution of four high-voltage strip lines 8, load 9, consisting of a disk cathode with a central hole 10, a disk insulator 11 and an anode assembly 12, consisting of a disk electrode 13, a return conductor 14 and a ceramic capillary 15, a gas inlet 16 installed on the outer side of the disk cathode, a chamber 17, hermetically connected to the return conductor, gas outlet 18 on the chamber wall. The tightness of the connection of the disk cathode and the anode node is provided by external dielectric pins (not shown in the drawing). The capacitance of the anode assembly is about 22 pF.

В качестве частного технического решения предложено установить керамические конденсаторы 19 между дисковым катодом и дисковым электродом анодного узла, которые могут обеспечить необходимую амплитуду и длительность импульса разрядного тока в соответствии с требуемыми условиями работы источника. Керамические конденсаторы в импульсном режиме заряжаются от емкостного накопителя через транспортирующую линию. As a particular technical solution, it is proposed to install ceramic capacitors 19 between the disk cathode and the disk electrode of the anode assembly, which can provide the necessary amplitude and duration of the discharge current pulse in accordance with the required operating conditions of the source. Ceramic capacitors in pulsed mode are charged from a capacitive storage through a transport line.

В качестве частного технического решения предусмотрена возможность установки в дисковом электроде с центральным отверстием сменного трубчатого катода 20, размещенного внутри керамического капилляра.As a private technical solution, it is possible to install a replaceable tubular cathode 20 placed inside a ceramic capillary in a disk electrode with a central hole.

Для контроля импульсов напряжения емкостного накопителя используется высоковольтный омический делитель 21, емкости нагрузки - омический делитель 22. Для контроля полного разрядного тока в нагрузке используется магнитоиндукционный датчик 23. При установке конденсаторов 19 для контроля разрядного тока одного конденсатора используется шунт 24, установленный между дисковым электродом 13 и конденсатором 19. To control the voltage pulses of the capacitive storage, a high-voltage ohmic divider 21 is used, the load capacitances - an ohmic divider 22. To control the total discharge current in the load, a magnetic induction sensor 23 is used. When installing capacitors 19, a shunt 24 is used to control the discharge current of one capacitor, installed between the disk electrode 13 and capacitor 19.

Шунт 24 бифилярного исполнения выполнен из нержавеющей фольги толщиной 15 мкм и активным сопротивлением около 100 мОм. Shunt 24 bifilar execution is made of stainless foil with a thickness of 15 microns and an active resistance of about 100 mOhm.

Высоковольтная полосковая линия 8 выполнена на основе фольгированного стеклотекстолита FR-4, ламинированного с двух сторон медной фольгой толщиной 105 мкм. Толщина диэлектрика 1,29 мм, диэлектрическая проницаемость порядка 4,8. Полоски фольги являются электродами линии и имеют одинаковые размеры 80х430 мм. Размер по диэлектрику 120х470 мм. Расстояние между электродами по поверхности диэлектрика 40 мм. Волновое сопротивление линии 2,65 Ом при емкости 1,08 нФ и индуктивности 7,58 нГн. В предлагаемом решении применено четыре высоковольтных полосковых линии, соединенных параллельно, при этом общее волновое сопротивление транспортирующей линии составляет около 0,6 Ом. Время распространения электромагнитной волны в полосковой линии около 3 нс. Такая линия является компактным низкоомным соединением между накопительным конденсатором 6 и нагрузкой 9. Этим достигается практически максимальная амплитуда тока между емкостным накопителем и нагрузкой, ограниченная только волновым сопротивлением контура в составе разрядника и емкостного накопителя. В результате повышается стабильность работы разрядника. Амплитуда импульса напряжения на нагрузке примерно в полтора раза превышает величину зарядного напряжения емкостного накопителя. Достигнутые результаты являются определяющим фактором эффективности источника излучения, особенно для частотного режима работы.High-voltage strip line 8 is made on the basis of FR-4 foil fiberglass laminated on both sides with copper foil 105 μm thick. The thickness of the dielectric is 1.29 mm, the dielectric constant is about 4.8. Foil strips are line electrodes and have the same dimensions 80x430 mm. Dielectric size 120x470 mm. The distance between the electrodes on the surface of the dielectric is 40 mm. The wave impedance of the line is 2.65 ohms with a capacitance of 1.08 nF and an inductance of 7.58 nH. The proposed solution uses four high-voltage strip lines connected in parallel, while the total impedance of the transport line is about 0.6 Ohm. The propagation time of an electromagnetic wave in a strip line is about 3 ns. Such a line is a compact low-resistance connection between the storage capacitor 6 and the load 9. This achieves an almost maximum current amplitude between the capacitive storage and the load, limited only by the wave impedance of the circuit as part of the arrester and the capacitive storage. As a result, the stability of the arrester operation is increased. The amplitude of the voltage pulse at the load is approximately one and a half times higher than the charging voltage of the capacitive storage. The results achieved are the determining factor in the efficiency of the radiation source, especially for the frequency mode of operation.

Внешние соединения электродов каждой микрополосковой линии выполнены гибкими шинами с пленочной изоляцией (на чертеже не показано) из медной фольги толщиной 0,5 мм, длиной 80 мм, шириной с одной стороны 20 мм, с другой - 80 мм. Широкой стороной шины припаяны к электродам линии.The external connections of the electrodes of each microstrip line are made of flexible busbars with film insulation (not shown in the drawing) of copper foil 0.5 mm thick, 80 mm long, 20 mm wide on one side, and 80 mm wide on the other. The wide side of the bus is soldered to the electrodes of the line.

С одной стороны шины соединены соответственно с высоковольтным электродом емкостного накопителя 6 и заземленным металлическим корпусом 4, а с другой стороны соединены с дисковым катодом 10 и дисковым электродом 13. Линии размещены равномерно относительно оси отверстия катодного диска 10, при этом высоковольтные электроды расположены с внутренней стороны. Электрическая прочность изоляции линий проверена статическим напряжением 26 кВ.On the one hand, the tires are connected to the high-voltage electrode of the capacitive storage 6 and the grounded metal case 4, respectively, and on the other hand, they are connected to the disk cathode 10 and the disk electrode 13. The lines are evenly spaced relative to the axis of the hole of the cathode disk 10, while the high-voltage electrodes are located on the inside . The dielectric strength of the line insulation was tested with a static voltage of 26 kV.

Дисковый катод с центральным отверстием 10, дисковый электрод 13 и обратный токопровод 14 выполнены из латуни. Толщина дисков 12 мм. Внешний диаметр обратного токопровода 26 мм. В дисковом катоде имеется центральное отверстие диаметром 0,8 мм, а также отверстие диаметром 6 мм и глубиной 4 мм для установки керамического капилляра 15. Дисковый изолятор 11 имеет центральное отверстие диаметром 6 мм, он выполнен из листового поливинилхлорида толщиной 1÷2 мм. Дисковый электрод 13 и обратный токопровод 14 имеют центральное отверстие диаметром 6 мм. Профиль внешних поверхностей дискового катода 10 и дискового электрода 13 выполнен в виде многогранника с глухим резьбовым отверстием в центре каждой грани для присоединения шин микрополосковых линий 8, керамических конденсаторов 19, омического делителя 22 и шунта 24. Внешний габарит дисков составляет 68 мм. Керамический капилляр 15 выполнен из высокочастотной корундовой керамики ВК-94 в виде трубки с внешним диаметром 6 мм, внутренним диаметром 2 мм и длиной до 80 мм. Электрические свойства керамики: прочность до 20 кВ/мм; диэлектрическая проницаемость около 9. The disk cathode with a central hole 10, the disk electrode 13 and the return conductor 14 are made of brass. Thickness of disks is 12 mm. The outer diameter of the return conductor is 26 mm. The disk cathode has a central hole with a diameter of 0.8 mm, as well as a hole with a diameter of 6 mm and a depth of 4 mm for installing a ceramic capillary 15. The disk insulator 11 has a central hole with a diameter of 6 mm; it is made of polyvinyl chloride sheet 1–2 mm thick. The disk electrode 13 and the return conductor 14 have a central hole with a diameter of 6 mm. The profile of the outer surfaces of the disk cathode 10 and the disk electrode 13 is made in the form of a polyhedron with a blind threaded hole in the center of each face for connecting busbars of microstrip lines 8, ceramic capacitors 19, an ohmic divider 22, and a shunt 24. The external dimension of the disks is 68 mm. Ceramic capillary 15 is made of VK-94 high-frequency corundum ceramic in the form of a tube with an outer diameter of 6 mm, an inner diameter of 2 mm, and a length of up to 80 mm. Electrical properties of ceramics: strength up to 20 kV/mm; dielectric constant is about 9.

В качестве частного технического решения предложено установить дополнительные керамические конденсаторы 19 для увеличения емкости нагрузки и, соответственно, увеличения амплитуды и длительности импульса разрядного тока в плазменном канале нагрузки. Это могут быть высоковольтные керамические конденсаторы типа HVCA с рабочим напряжением до 40 кВ и емкостью 1,4 нФ.As a particular technical solution, it is proposed to install additional ceramic capacitors 19 to increase the load capacitance and, accordingly, increase the amplitude and duration of the discharge current pulse in the plasma channel of the load. These can be high-voltage ceramic capacitors of the HVCA type with an operating voltage of up to 40 kV and a capacitance of 1.4 nF.

В качестве частного технического решения предложено установить дополнительно сменный трубчатый катод 20 в дисковом электроде с центральным отверстием с целью предварительной ионизации газа емкостным током в процессе заряда емкости нагрузки. Трубчатый катод выполнен в виде медной трубки с внешним диаметром 2 мм и толщиной стенки 0,15 мм. Длина трубки определяется исходя из условий работы источника. As a particular technical solution, it is proposed to install an additional replaceable tubular cathode 20 in a disk electrode with a central hole in order to pre-ionize the gas with a capacitive current in the process of charging the load capacitance. The tubular cathode is made in the form of a copper tube with an outer diameter of 2 mm and a wall thickness of 0.15 mm. The length of the tube is determined based on the operating conditions of the source.

Электроразрядный источник излучения работает следующим образом.Electric discharge radiation source works as follows.

Включается вакуумная система (на рисунке не показано) в составе безмасляного форвакуумного насоса, турбомолекулярного насоса, магистралей и датчика контроля давления. Через газовый вывод 18 в объеме камеры 17 достигается начальное давление порядка 10^-3 мбар.The vacuum system (not shown in the figure) is switched on, consisting of an oil-free foreline pump, a turbomolecular pump, lines and a pressure control sensor. Through the gas outlet 18 in the volume of the chamber 17, an initial pressure of the order of 10 ^-3 mbar is reached.

От газовой системы 2 через газовый ввод 16 подается газ во внутренний объем керамического капилляра 15 при необходимом давления, как правило, в пределах 0,2 ÷ 1,5 мбар. Скорость потока газа регулируется игольчатым клапаном (на чертеже не показано), установленным перед газовым вводом 16. Давление газа в камере контролируется датчиком давления в составе вакуумной системы. From the gas system 2, through the gas inlet 16, gas is supplied to the internal volume of the ceramic capillary 15 at the required pressure, as a rule, in the range of 0.2 ÷ 1.5 mbar. The gas flow rate is controlled by a needle valve (not shown) installed in front of the gas inlet 16. The gas pressure in the chamber is controlled by a pressure sensor in the vacuum system.

Производится зарядка емкостного накопителя 6 от высоковольтного источника напряжения 1 (50 кВ, 500 Вт) положительной полярности. В накопителе используются высоковольтные керамические конденсаторы типа UHV-6A с рабочим напряжением 30 кВ и емкостью 1,7 нФ. The capacitive storage 6 is charged from a high-voltage voltage source 1 (50 kV, 500 W) of positive polarity. The drive uses high-voltage ceramic capacitors of the UHV-6A type with an operating voltage of 30 kV and a capacitance of 1.7 nF.

В качестве разрядника 6 может быть применен тиратрон ТПИ1-10к/50 с ненакаливаемым катодом [А.В. Акимов, П.А. Бак, А.А. Корепанов, П.В. Логачев, В.Д. Бочков, Д.В. Бочков, В.М. Дягилев, В.Г. Ушич. Применение тиратронов с ненакаливаемым катодом для формирования серии высоковольтных сильноточных импульсов. Вестник НГУ, Серия: Физика, 2008, том 3, выпуск 4, с. 68-73]. В технических характеристиках тиратрона указана максимальная амплитуда рабочего напряжения до 50 кВ, тока до 10 кА, частота следования импульсов 20 кГц. As a spark gap 6 can be used thyratron TPI1-10k/50 with a non-heated cathode [A.V. Akimov, P.A. Buck, A.A. Korepanov, P.V. Logachev, V.D. Bochkov, D.V. Bochkov, V.M. Diaghilev, V.G. Ushich. The use of thyratrons with a non-heated cathode for the formation of a series of high-voltage high-current pulses. Bulletin of NSU, Series: Physics, 2008, volume 3, issue 4, p. 68-73]. The technical characteristics of the thyratron indicate the maximum amplitude of the operating voltage up to 50 kV, current up to 10 kA, pulse repetition rate 20 kHz.

Известно [П.П. Гугин. Применение тиратрона ТПИ1-10к/50 в частотном режиме для накачки газовых лазеров. Приборы и техника эксперимента. 2013, № 3, с. 85-89], что модуляторы на основе такого тиратрона могут использоваться в качестве источника питания газового лазера с частотой следования импульсов до 5 кГц при напряжении 10 кВ, токе до 7 кА и длительности импульса до 25 нс. Таким образом экспериментально показана возможность применения тиратрона ТПИ1-10к/50 в системах импульсного питания с частотой следования импульсов до 5 кГц, при ограниченной длительности импульса напряжения. It is known [P.P. Gugin. Application of thyratron TPI1-10k/50 in frequency mode for pumping gas lasers. Instruments and technique of experiment. 2013, no. 3, p. 85–89] that modulators based on such a thyratron can be used as a power source for a gas laser with a pulse repetition rate of up to 5 kHz at a voltage of 10 kV, a current of up to 7 kA, and a pulse duration of up to 25 ns. Thus, the possibility of using the TPI1-10k/50 thyratron in pulsed power supply systems with a pulse repetition rate of up to 5 kHz, with a limited voltage pulse duration, has been experimentally shown.

Тиратрон запускается комплектным блоком управления 3, при поступлении на его вход импульса напряжения (10-15 В, 100 мА, 2,0-4,0 мкс).The thyratron is started by the complete control unit 3 when a voltage pulse (10-15 V, 100 mA, 2.0-4.0 μs) is received at its input.

Разрядник 5 и емкостной накопитель 6 размещены на металлическом корпусе 4 цилиндрического исполнения, который является коаксиальным обратным токопроводом. Такое исполнение позволяет сократить индуктивность разрядного контура и, следовательно, длительность переднего фронта генерируемого импульса напряжения, а также обеспечить защиту, как тиратрона от внешних наводок, так и внешних цепей от самого тиратрона. Волновое сопротивление такого исполнения около 4,5 Ом. В основании корпуса установлен воздушный вентилятор (на чертеже не показано) для охлаждения тиратрона. Контроль импульса напряжения емкостного накопителя обеспечивает высоковольтный омический делитель напряжения 21 на основе сопротивлений типа ТВО с рассеиваемой мощностью 5 Вт для высокоомного плеча и 0,5 Вт для низкоомного плеча.The arrester 5 and the capacitive storage 6 are placed on a cylindrical metal case 4, which is a coaxial return conductor. Such a design makes it possible to reduce the inductance of the discharge circuit and, consequently, the duration of the leading edge of the generated voltage pulse, as well as to protect both the thyratron from external pickups and external circuits from the thyratron itself. The wave impedance of this design is about 4.5 ohms. An air fan (not shown in the drawing) is installed at the base of the case to cool the thyratron. The voltage pulse control of the capacitive storage is provided by a high-voltage ohmic voltage divider 21 based on TVO-type resistances with a power dissipation of 5 W for the high-resistance arm and 0.5 W for the low-resistance arm.

В результате коммутации разрядника 5 блоком управления 3 происходит смена полярности напряжения емкостного накопителя 6 и сформированный импульс напряжения отрицательной полярности через транспортирующую линию 7 поступает на входную емкость нагрузки (и керамический конденсатор 19). Происходит зарядка входной емкости нагрузки. Во время зарядки в нагрузке возникает импульсный емкостной ток, который обеспечивает предварительную ионизацию газа в капилляре. Длительность импульса емкостного тока определяется временем нарастания напряжения на нагрузке и давлением газа.As a result of switching the arrester 5 by the control unit 3, the polarity of the voltage of the capacitive storage 6 is reversed and the generated voltage pulse of negative polarity is fed through the transport line 7 to the input capacitance of the load (and ceramic capacitor 19). The input capacitance of the load is being charged. During charging, a pulsed capacitive current appears in the load, which ensures the preliminary ionization of the gas in the capillary. The duration of the capacitive current pulse is determined by the voltage rise time at the load and the gas pressure.

При реализации частного технического решения, при котором параллельно нагрузке установлены дополнительные конденсаторы 19, время их зарядки, и, соответственно, длительность импульса емкостного тока, возрастают. When implementing a private technical solution, in which additional capacitors 19 are installed in parallel with the load, their charging time, and, accordingly, the duration of the capacitive current pulse, increase.

При реализации частного технического решения, при котором в дисковом катоде 10 с центральным отверстием установлен сменный трубчатый катод 20, в процессе зарядки емкости нагрузки импульсный емкостной ток сопровождается скользящим лавинным разрядом с кромки катода по внутренней поверхности капилляра. В результате этого разряда происходит, так называемая, жесткая ионизация газа, резкое возрастание проводимости и последующая генерация излучения в плазменном канале при воздействии основного разрядного тока [В.А. Бурцев, В.В. Забродский, Н.В. Калинин, Е.П. Большаков. Источники электромагнитного излучения на основе малоиндуктивного протяженного z - разряда. ЖТФ, 2013, том 83, вып. 2, с. 43-51.]. When implementing a particular technical solution, in which a replaceable tubular cathode 20 is installed in the disk cathode 10 with a central hole, in the process of charging the load capacitance, the pulsed capacitive current is accompanied by a sliding avalanche discharge from the edge of the cathode along the inner surface of the capillary. As a result of this discharge, the so-called hard ionization of the gas occurs, a sharp increase in conductivity and subsequent generation of radiation in the plasma channel when exposed to the main discharge current [V.A. Burtsev, V.V. Zabrodsky, N.V. Kalinin, E.P. Bolshakov. Sources of electromagnetic radiation based on a low-inductance extended z-discharge. ZhTF, 2013, volume 83, no. 2, p. 43-51.].

Устройство в конкретном исполнении имеет следующие параметры.The device in a specific version has the following parameters.

Электроразрядный источник излучения Фиг. 1. содержит высоковольтный источник напряжения 1, газовую систему 2 в составе баллонов с редукторами и пластиковых магистралей с фитингами, блок управления разрядником 3. В металлическом корпусе 4 диаметром 280 мм и длиной 620 мм соосно смонтированы последовательно: вентилятор; разрядник 5 в виде тиратрона ТПИ1-10к/50; емкостной накопитель 6, состоящий из двенадцати параллельно соединенных керамических конденсаторов UHV-6A 30 кВ 1,7 нФ, размещенных между двумя дисками толщиной 10 мм и диаметром 300 мм из алюминиевого сплава. Корпус 4 ориентирован горизонтально. Транспортирующая линия 7, состоит из четырех полосковых линий 8, каждая из которых присоединена гибкими шинами, с одной стороны с высоковольтным диском емкостного накопителя и корпусом, а с другой стороны соединена с дисковым катодом с центральным отверстием 10 и дисковым электродом 13 анодного узла 12. Таким образом, выполняется параллельное соединение полосковых линий с симметричным расположением гибких шин. При этом металлический корпус 4 и нагрузка 9 размещены соосно и горизонтально.Electric Discharge Radiation Source Fig. 1. contains a high-voltage voltage source 1, a gas system 2 consisting of cylinders with reducers and plastic lines with fittings, a spark gap control unit 3. In a metal case 4 with a diameter of 280 mm and a length of 620 mm, the following are coaxially mounted in series: a fan; arrester 5 in the form of a TPI1-10k/50 thyratron; capacitive storage 6, consisting of twelve UHV-6A 30 kV 1.7 nF ceramic capacitors connected in parallel, placed between two aluminum alloy disks 10 mm thick and 300 mm in diameter. Housing 4 is oriented horizontally. The transport line 7 consists of four strip lines 8, each of which is connected by flexible tires, on the one hand with a high-voltage disk of the capacitive storage and the housing, and on the other hand is connected to a disk cathode with a central hole 10 and a disk electrode 13 of the anode assembly 12. Thus Thus, a parallel connection of strip lines with a symmetrical arrangement of flexible busbars is performed. In this case, the metal case 4 and the load 9 are placed coaxially and horizontally.

Для увеличения емкости нагрузки могут использоваться дополнительные керамические конденсаторы 19 типа HVCA с пробивным напряжением 40 кВ и емкостью 1,4 нФ, присоединенные полосками меди толщиной 0,5 мм и шириной 20 мм соответственно к дисковому катоду с центральным отверстием 10 и дисковому электроду 13 анодного узла 12. To increase the load capacitance, additional ceramic capacitors 19 of the HVCA type with a breakdown voltage of 40 kV and a capacitance of 1.4 nF can be used, connected with copper strips 0.5 mm thick and 20 mm wide, respectively, to a disk cathode with a central hole 10 and disk electrode 13 of the anode assembly 12.

Для регистрации импульса напряжения накопительного конденсатора и емкости нагрузки использовались высоковольтные омические делители 21 и 22, соответственно, на основе сопротивлений типа ТВО-0,5 и ТВО-5 с коэффициентом деления 63. Полный ток в нагрузке контролировался магнитоиндукционным датчиком 23 с чувствительностью 0,375 кА/В, разрядный ток одного конденсатора контролировался шунтом 24 с чувствительностью 5 А/В, установленным между дисковым электродом 13 и одним из конденсаторов 19. To register the voltage pulse of the storage capacitor and the load capacitance, high-voltage ohmic dividers 21 and 22, respectively, based on resistances of the TVO-0.5 and TVO-5 types with a division factor of 63 were used. The total current in the load was controlled by a magnetic induction sensor 23 with a sensitivity of 0.375 kA / B, the discharge current of one capacitor was controlled by a shunt 24 with a sensitivity of 5 A/V installed between the disk electrode 13 and one of the capacitors 19.

Электроразрядный источник излучения успешно прошел испытания в разных режимах с частотой следования до 35 Гц. В режиме с емкостью накопителя 20 нФ и нагрузкой с емкостью анодного узла 22 пФ при зарядном напряжении накопителя 25 кВ амплитуды импульсов напряжений на входе транспортирующей линии и емкости нагрузки практически одинаковые и составляют около 37 кВ. Амплитуда тока в линии 6,2 кА, амплитуда емкостного тока в керамическом капилляре около 50 А. При пробое разрядного промежутка на максимуме напряжения амплитуда тока в капилляре достигает 6,3 кА. В режиме с дополнительными конденсаторами емкостью 3,2 нФ амплитуда напряжения на нагрузке около 35 кВ, амплитуда разрядного тока в капилляре возрастает до 12,0 кА. Амплитуда импульса тока в линии сохраняется на уровне 6,2 кА. The electric discharge radiation source was successfully tested in different modes with a repetition rate up to 35 Hz. In the mode with a storage capacitance of 20 nF and a load with an anode unit capacitance of 22 pF at a storage charging voltage of 25 kV, the voltage pulse amplitudes at the input of the transporting line and the load capacitance are almost the same and are about 37 kV. The amplitude of the current in the line is 6.2 kA, the amplitude of the capacitive current in the ceramic capillary is about 50 A. During the breakdown of the discharge gap at the maximum voltage, the amplitude of the current in the capillary reaches 6.3 kA. In the mode with additional capacitors with a capacity of 3.2 nF, the voltage amplitude at the load is about 35 kV, the amplitude of the discharge current in the capillary increases to 12.0 kA. The amplitude of the current pulse in the line remains at the level of 6.2 kA.

Наиболее существенные результаты достигнуты в режиме с дополнительными конденсаторами и различной длиной разрядного промежутка. The most significant results were achieved in the regime with additional capacitors and different lengths of the discharge gap.

На Фиг. 2 представлены выходные осциллограммы, снятые с каналов сбора сигналов с датчиков источника.On FIG. Figure 2 shows the output oscillograms taken from the channels for collecting signals from the source sensors.

Заполнение керамического капилляра 19 осуществляется проточным газом в составе смеси Ar:He при давлении 0,75 мбар. Длина разрядного промежутка 30 мм.The filling of the ceramic capillary 19 is carried out with flowing gas in the Ar:He mixture at a pressure of 0.75 mbar. The length of the discharge gap is 30 mm.

Зарядное напряжение емкостного накопителя 6 составляет 30 кВ положительной полярности. После коммутации разрядника 5 происходит смена полярности и импульс напряжения через транспортирующую линию 7 с задержкой около 3 нс прикладывается к электродам емкости нагрузки 9, в частности, керамического конденсатора 19. The charging voltage of the capacitive storage 6 is 30 kV of positive polarity. After switching of the spark gap 5, the polarity is reversed and the voltage pulse through the transport line 7 with a delay of about 3 ns is applied to the electrodes of the load capacitance 9, in particular, the ceramic capacitor 19.

Емкость нагрузки заряжается импульсом напряжения 25 за время около 50 нс до 31,5 кВ. Измерение выполнено высоковольтным омическим делителем напряжения 22. Резкое снижение сигнала 25 напряжения на уровне максимума соответствует пробою газового канала в капилляре 15 и появлению импульса основного тока разряда 26 амплитудой около 15 кА с длительностью фронта около 20 нс. Ток регистрировался магнитоиндукционным датчиком 23, установленным в промежутке между дисковым катодом 10 и дисковым электродом 13. The load capacitance is charged by a voltage pulse 25 in about 50 ns to 31.5 kV. The measurement was performed by a high-voltage ohmic voltage divider 22. A sharp decrease in the voltage signal 25 at the maximum level corresponds to the breakdown of the gas channel in the capillary 15 and the appearance of the main discharge current pulse 26 with an amplitude of about 15 kA and a front duration of about 20 ns. The current was recorded by magnetic induction sensor 23 installed in the gap between disk cathode 10 and disk electrode 13.

На вставке показан импульсный ток предионизации 27 газового канала в капилляре, который формируется в процессе заряда емкости нагрузки. Амплитуда импульса тока предионизации составляет около 1 кА при длительности порядка 20 нс.The inset shows the pulsed preionization current 27 of the gas channel in the capillary, which is formed in the process of charging the load capacitance. The amplitude of the preionization current pulse is about 1 kA with a duration of about 20 ns.

Проведены испытания при разных зазорах разрядного промежутка в капилляре в диапазоне от 20 до 80 мм путем изменения длины трубчатого катода 20, через который продувался газ. При зарядном напряжении емкостного накопителя около 23 кВ амплитуда разрядного тока в газе для зазора 80 мм составляет около 7,2 кА и возрастает до 12,4 кА с сокращением зазора до 20 мм. Длительность фронта остается практический одинаковой для всех зазоров и составляет порядка 22 нс. Tests were carried out at different gaps of the discharge gap in the capillary in the range from 20 to 80 mm by changing the length of the tubular cathode 20 through which the gas was blown. When the charging voltage of the capacitive storage is about 23 kV, the amplitude of the discharge current in the gas for a gap of 80 mm is about 7.2 kA and increases to 12.4 kA with a reduction in the gap to 20 mm. The rise time remains practically the same for all gaps and is about 22 ns.

На Фиг. 3 представлены спектры излучения Ar при давлении 1,3 мбар для разных длин разрядного промежутка. On FIG. Figure 3 shows the emission spectra of Ar at a pressure of 1.3 mbar for different lengths of the discharge gap.

Эксперименты показали, что интенсивность линий 28 аргона Ar - VIII (15,9 нм) растет при увеличении зазора, достигая максимума при 50 мм, далее интенсивность линий аргона падает. Зарегистрирована линия 29 иона кислорода 15,06 нм, что вызвано абляцией керамики и примесями в газе. Спектр 30 является спектром пропускания рентгеновского фильтра, состоящего из композиции Ti/Si, он позволяет выделить диапазон излучения от 12 до 19 нм, что и было продемонстрировано в эксперименте. Для регистрации спектра излучения использовался компактный ВУФ спектрометр скользящего падения GIS-2 с П3С детектором.Experiments have shown that the intensity of the lines 28 of argon Ar - VIII (15.9 nm) increases with an increase in the gap, reaching a maximum at 50 mm, then the intensity of the argon lines decreases. The line 29 of the oxygen ion at 15.06 nm was registered, which is caused by the ablation of ceramics and impurities in the gas. Spectrum 30 is the transmission spectrum of an X-ray filter consisting of a Ti/Si composition; it makes it possible to isolate the radiation range from 12 to 19 nm, which was demonstrated in the experiment. The emission spectrum was recorded using a GIS-2 compact VUV grazing incidence spectrometer with a P3S detector.

Транспортирующая линия в составе четырех высоковольтных полосковых линий с малым волновым сопротивлением позволяет практически без задержки выполнить зарядку емкости нагрузки от емкостного накопителя до амплитуды напряжения, превышающей на 24…48 % величину зарядного напряжения емкостного накопителя, в зависимости от соотношения емкостей накопителя и нагрузки. При этом достигается максимальная амплитуда тока в контуре импульсной зарядки емкости нагрузки, чем обеспечивается стабильность в работе разрядника и источника в целом, что является важным условием для работы в частотном режиме, в предлагаемом решении до 35 Гц. Длительность времени зарядки емкости нагрузки для разрядных промежутков не превышает 50 нс. The transport line, consisting of four high-voltage strip lines with low wave resistance, allows almost without delay to charge the load capacitance from the capacitive storage to a voltage amplitude that exceeds the charging voltage of the capacitive storage by 24 ... 48%, depending on the ratio of the storage and load capacities. In this case, the maximum amplitude of the current in the circuit of the pulsed charging of the load capacitance is achieved, which ensures stability in the operation of the arrester and the source as a whole, which is an important condition for operation in the frequency mode, in the proposed solution up to 35 Hz. The duration of the load capacitance charging time for discharge gaps does not exceed 50 ns.

На основании представленных результатов подтверждается эффективность работы электроразрядного источника излучения.Based on the presented results, the efficiency of the electric discharge radiation source is confirmed.

Claims

Electric discharge radiation source, including a high-voltage voltage source, a gas system, a spark gap connected in series with a capacitive storage, a transport line, a load consisting of a coaxially arranged disk cathode with a central hole, a disk insulator, an anode assembly with a ceramic capillary, and a chamber with a gas outlet, characterized in that the conveying line is made of high-voltage strip lines connected in parallel.