CN105529230B - 赝火花光触发放电系统 - Google Patents
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Abstract
一种赝火花光触发放电系统，包括：试验腔体、抽真空装置和用于产生电子束的赝火花放电腔体，其中：赝火花放电腔体和抽真空装置分别与试验腔体相连，试验腔体中设有用于控制电子束强度的束流强度控制板，所述的赝火花放电腔体包括空心阴极、空心阳极、紫外光源、第一法兰盘和第二法兰盘，空心阴极与紫外光源分别设置于第一法兰盘两侧，空心阳极设置于第二法兰盘一侧且与空心阴极相对，空心阴极内设有与紫外光源相对的金属网，本装置实现光电隔离，减小了系统体积，节约试验成本，降低了系统的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种赝火花放电领域的技术，具体是一种赝火花光触发放电系统。
背景技术
赝火花放电是发生在巴申曲线左半支的一种低压(1～100Pa)气体放电。调节赝火花放电室内的工作气压和外加电压，使之达到巴申曲线的放电条件，真空击穿在极短的时间内完成，同时在放电室的阴阳两级引出高功率密度的离子束和电子束。赝火花放电产生的强流脉冲电子束在诸如脉冲电子束物理、材料表面改性、辐射育种、微细加工、脉冲X射线的产生、高亮度脉冲电子抢等领域有广泛的应用前景。
这种高压放电的有效初始电离及其控制一直是技术研究和应用上的一大难点。为了降低初始电离的难度，使其电离过程变得在一定范围内精确可控，触发器是必不可少的装置。
目前常用的触发装置有两种：直接或间接注入带电粒子进行触发的电触发机制和利用光电效应进行触发的光触发机制。
电触发机制的触发过程如下：位于阴极腔内的触发电极在高触发电压下发生放电击穿，由于绝缘层材料蒸发和气体分解，电子束在触发电极附近、阴极腔内初步形成。在主电场的作用下，电子束迅速移动使主放电装置内的电离化碰撞频率大大增加，从而极大的提高主放电区的放电电流和电子束密度等输出特性的强度和幅值。
图1为现有的电触发的赝火花放电腔体结构示意图，其包括：阳极12、电介质13、阴极14、分流电阻15、触发电极16和触发电极电介质17。由于触发绝缘材料在主脉冲和触发脉冲的作用下，触发电极电介质17会产生蒸发从而造成材料损失，降低了触发电极16的使用寿命。
光学触发器的触发过程是：辐射强度为几毫焦的光线入射至空心阴极背面，在光电效应作用下，使空心阴极腔中产生大量的自由电子，从而达到触发的作用。不同于电触发方式中触发装置必须位于主放电装置内的接触式触发方式，光触发是一种非接触式触发方式，它可以通过未聚焦的激光光源，光纤传输激光耦合触发。光源进入空心阴极背面，不需要与阴极和主放电装置直接产生接触。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103338027A，公开日为2013年10月02日，公开了一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，包括正负充电电源、控制系统、触发器、低抖动重频快Marx发生器系统，所述的正负充电电源于低抖动重频快Marx发生器系统的输入端连接，所述正负充电电源的正电源和触发器连接，所述控制系统连接在正负充电电源与触发器之间；所述低抖动重频快Marx发生器系统于触发器连接，触发器中的开关为赝火花开关。但该装置只是应用了赝火花放电机理，并没有涉及改进赝火花放电装置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种赝火花光触发放电系统，实现光电隔离，减小了系统体积，节约试验成本，降低了系统的复杂性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：试验腔体、抽真空装置和用于产生电子束的赝火花放电腔体，其中：赝火花放电腔体和抽真空装置分别与试验腔体相连，试验腔体中设有用于控制电子束强度的束流强度控制板。
所述的赝火花放电腔体包括：空心阴极、空心阳极、紫外光源、第一法兰盘和第二法兰盘，其中：空心阴极与紫外光源分别设置于第一法兰盘两侧，空心阳极设置于第二法兰盘一侧且与空心阴极相对，空心阴极内设有与紫外光源相对的金属网。
所述的空心阳极与空心阴极之间设有陶瓷封装。
所述的第一法兰盘和第二法兰盘之间设有储能电容，该第一法兰盘连有电子束加速电压控制器。
所述的紫外光源与第一法兰盘之间设有观察窗。
所述的观察窗优选为紫外玻璃。
所述的紫外光源连有用于形成光脉冲的脉冲形成网络。
所述的抽真空装置包括：机械泵和扩散泵，其中：机械泵和扩散泵通过同一管道与试验腔体相连，且扩散泵设置于机械泵和试验腔体之间。
所述的紫外光源为氙气闪光灯。
所述的试验腔体上设有送气口和电气控制接入口。
附图说明
图1为现有赝火花放电腔示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为赝火花放电腔体结构示意图；
图中：1试验腔体；2赝火花放电腔体；3抽真空装置；4高压探针；5脉冲形成网络；6电子束加速电压控制器；7赝火花电子束；8束流强度控制板；9储能电容；10送气口；11电气控制接入口；201紫外光源；202空心阴极；203空心阳极；204金属网；205陶瓷封装；206观察窗；207第一法兰盘；208第二法兰盘；301机械泵；302扩散泵；12阳极；13电介质；14阴极；15分流电阻；16触发电极；17触发电极电介质。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图2所示，本实施例包括：试验腔体1、抽真空装置3和用于产生电子束的赝火花放电腔体2，其中：赝火花放电腔体2和抽真空装置3分别与试验腔体1相连，试验腔体1中设有用于控制电子束强度的束流强度控制板8。该赝火花放电腔体2的阴极连接高电压，其阳极引出电子束。
所述的赝火花放电腔体2设置于试验腔体1的上部。试验腔体1下部左侧设有送气口10和电气控制接入口11，该送气口10通过通气管道与试验腔体1相连，电气控制接入口11通过试验腔体1中的专用电路机械管道与其相连。抽真空装置3设置于试验腔体1下部，其由机械泵301和扩散泵302组成，机械泵301和扩散泵302依次串联于试验腔体1上。机械泵301和扩散泵302将系统抽取到要求的真空度后，通过送气口10冲入特定气体至规定的压力值。系统的机械及电气信号通过电气控制接入口11接入，以保证腔室中环境的纯净。
如图3所示，所述的赝火花放电腔体2包括：空心阴极202、空心阳极203、紫外光源201、中心设有通孔的第一法兰盘207和第二法兰盘208，其中：第二法兰盘209的下表面设置于试验腔体1上部，其上表面设置有空心阳极203；空心阴极202设置于第一法兰盘207下部，第一法兰盘207和第二法兰盘208通过陶瓷封装205相连；陶瓷封装起绝缘作用，能承受35KV以上的电压。紫外光源201设置于第一法兰盘207的上部且位于通孔处，紫外光源201与第一法兰盘207之间设有观察窗206。该观察窗206与第一法兰盘207焊接，且为紫外玻璃，起到透光和过滤作用。空心阴极202内的设有金属网204。紫外光源201发出的紫外线可以通过观察窗206以及第一法兰盘207中部的通孔进入空心阴极202。紫外光源201采用氙气闪光灯。
所述的第一法兰盘207和第二法兰盘208之间还连有储能电容9，第一法兰盘207连有电子束加速控制器。紫外光源201连有脉冲形成网络5和高压探针4。通过电子束加速电压控制器6和脉冲形成网络5来提供赝火花放电所需的高压环境。
所述的试验腔体1内上部，位于赝火花放电腔体2两侧，设有束流强度控制板8，用来控制赝火花电子束7的强度。在紫外光源201发出的紫外光触发作用下，空心阴极202和空心阳极203之间产生赝火花电子束7，并射入试验腔体1中。
当紫外光源201采用氙气闪光灯时，首先机械泵301将系统抽至真空度为10-2Torr，扩散泵302进一步将系统真空度抽至10-5Torr，而后通过送气口10冲入氩气，直至系统真空度达到10-2Torr，这个过程大概需要30～40分钟。该氙气闪光灯的频率为100Hz，脉冲持续时间为300ns，光电转换率为14％，输出功率为2～8mJ，其中波长能量约占总能量的39％。氙气闪光灯作为光触发装置，触发能量和放电能量相比较，触发转化效率大于1400倍。
与现有技术相比，本装置实现光电隔离，减小了系统体积，降低了系统的复杂性，使用氙气闪光灯作为光源，减少了系统电路的复杂度，节约了试验成本。
Claims (7)
1.一种赝火花光触发放电系统，其特征在于，包括：试验腔体、抽真空装置和用于产生电子束的赝火花放电腔体，其中：赝火花放电腔体和抽真空装置分别与试验腔体相连，试验腔体中设有用于控制电子束强度的束流强度控制板；
所述的赝火花放电腔体包括：空心阴极、空心阳极、紫外光源、第一法兰盘和第二法兰盘，其中：空心阴极与紫外光源分别设置于第一法兰盘两侧，空心阳极设置于第二法兰盘一侧且与空心阴极相对，空心阴极内设有与紫外光源相对的金属网，第一法兰盘和第二法兰盘之间设有储能电容，该第一法兰盘连有电子束加速电压控制器；
所述的抽真空装置包括：机械泵和扩散泵，其中：机械泵和扩散泵通过同一管道与试验腔体相连，且扩散泵设置于机械泵和试验腔体之间。
2.根据权利要求1所述的赝火花光触发放电系统，其特征是，所述的空心阳极与空心阴极之间设有陶瓷封装。
3.根据权利要求1所述的赝火花光触发放电系统，其特征是，所述的紫外光源与第一法兰盘之间设有观察窗。
4.根据权利要求3所述的赝火花光触发放电系统，其特征是，所述的观察窗为紫外玻璃。
5.根据权利要求1所述的赝火花光触发放电系统，其特征是，所述的紫外光源连有用于形成光脉冲的脉冲形成网络。
6.根据权利要求5所述的赝火花光触发放电系统，其特征是，所述的紫外光源为氙气闪光灯。
7.根据权利要求1所述的赝火花光触发放电系统，其特征是，所述的试验腔体上设有送气口和电气控制接入口。
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