DE2258273A1 - Gasentladungsschalteinrichtung - Google Patents

Gasentladungsschalteinrichtung

Info

Publication number
DE2258273A1
DE2258273A1 DE19722258273 DE2258273A DE2258273A1 DE 2258273 A1 DE2258273 A1 DE 2258273A1 DE 19722258273 DE19722258273 DE 19722258273 DE 2258273 A DE2258273 A DE 2258273A DE 2258273 A1 DE2258273 A1 DE 2258273A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cathode
anode
discharge
gas discharge
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19722258273
Other languages
English (en)
Inventor
Smirnow Pawel Alexandrowitsch
Bespalow Oleg Georgijewitsch
Nastjucha Alexandr Iwanowitsch
Kikoin Isaak Konstantinowitsch
Udowenko Alexan Nikolajewitsch
Knjasjatow Andr Serafimowitsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BESPALOW OLEG GEORGIJEWITSCH
KNJASJATOW ANDREJ SERAFIMOWITS
SMIRNOW PAWEL ALEXANDROWITSCH
UDOWENKO ALEXANDR NIKOLAJEWITS
Original Assignee
BESPALOW OLEG GEORGIJEWITSCH
KNJASJATOW ANDREJ SERAFIMOWITS
SMIRNOW PAWEL ALEXANDROWITSCH
UDOWENKO ALEXANDR NIKOLAJEWITS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BESPALOW OLEG GEORGIJEWITSCH, KNJASJATOW ANDREJ SERAFIMOWITS, SMIRNOW PAWEL ALEXANDROWITSCH, UDOWENKO ALEXANDR NIKOLAJEWITS filed Critical BESPALOW OLEG GEORGIJEWITSCH
Priority to DE19722258273 priority Critical patent/DE2258273A1/de
Publication of DE2258273A1 publication Critical patent/DE2258273A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00Details of spark gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/02Details
    • H01J17/14Magnetic means for controlling the discharge

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Description

  • 1. Isaak Konstantinovi# Kikoin 2. Aleksandr Ivanovi# Nastjuscha 3. Andrej Serafimovi# Knjazjatov 4. Pavel Aleksandroviê Smirnov 5. Oleg Georgievic Bespalov 6. Aieksandr Nikolaevic Udovenko GASENTLADUNGSSCHALTEINRICHTUNG Die @ Erfindung bezieht sich auf Schalteinrichtungen und insbesondere auf Gasentladungsschalteinrichtungen.
  • Im Zusammenhang mit der Entwicklung des thermonuklearen Problems wurde sowohl der zylindrische als auch nichtzylindrische Z-Pinch für Ströme bis einige Megaapere eihgehend untersucht. Die Kompression des Plasmas einer Starkstromentladung erfolgt bekanntlich unter der Einwirkung des Magnetdrucks des eigenen Stromes. Der nichtzylindrische Z-Pinch entsteht beim Passleren einer Impulsentladung kleiner Dauer mit einer Stromamplitude von einigen hundert Kiloampere und mehr in einem System von Elektroden, dessen Katode ein Rohr oder eine schalenformige Metallkammer darstellt und die Anode als einet von der Kathode isolierte und im Inneren der - Kammer untergebrachte flache Schelbe ausgeführt ist. Unter ontsprechenden Gasdruck kommt in solchen Systemen eine Form des Pinch-Effektes zustande, bei welcher die slch komprimierende Plasmasäule ihrer Form nach immer mehr eienm Kegel ähnlich wird und kumulative Strahlen bildet, die in Richtung der Längsachse der Entladekammer ausgestoßen werden. Im Moment der "Einschürung" der Stromhülle entsteht ein "Plasmabrennpunkt", in welchem die Plasmadichte ihr Maximum erreicht, worauf diese, mit einer Geschwindigkeit, die annährend 107 cm/s beträgt, gegen die Anode und gegen den Boden der Kathode geschleudert wird. Die Wechselwirkung des kumulativen Strahls des Plasmas mit der Anode und Kathode führt zu aeren Einschmelzen und Zerstörung in Form von großen Kratern.
  • Gegenwärtig haben in verschiedenen physikalisch-experimentellen und industriellen Anlagen Gasentladungsschalteinrichtungen Verwendung gefunden, welche elne hohle Kaltkathode, aie als eine geschlosssene Entladekammer ausgeführt ist, eine im Inneren der genannten Kathode angeordnete Anode und ein Mittel zum Zünden elner Bogenentladung ( deutsche Patentschrift Nr. 1257291) enthalten. Bel Stromstärken von mehr als 100 kA und einer Inpulsaauer von weniger als 100 - 200ju/s verlieren sie die einseitige Leitfänigkeit. In jenen vielen @@@ Fällen, wenn keine unipolare Leitfähigkeit erforderlich wird, beim Schwingentladungsbetrieb also, gestatten sie es jedoch, Ströme mit einer Amplitude von 300 - 350 kA bei einer Spannung von 20 - 25 ksJ zuverlässig zu schalten. Die Konfiguration der Elektroden und der Gasdruck sind in diesen Einrichtungen die gleichen vie in den.
  • Anlagen mit nichtzylindrischem Z-Pinch. Die physikalischen Untersuchungen ergaben, daß auch die Bewegungen der Ent ladungen in der hier zu vergleichenden Einrichtungen einander gleich sind.
  • Bei Stromamplituden von 200 bis 400 KA und einer Schwingfrequenz von (0,2 bis 2). 105 Hz kommt es in den Gasentladungsschalteinrichtungen zu einer intensiven Zerstörung der Elektroden, die von einer erhöhten Gasausscheidung begleitet wird, wobei sich die elektrische Durchschlagfestigkeit der Einrichtung verringert und ihre Lebensdauer schroff verkurzt wird.
  • Der Erfindungliegtdie Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungsschalteinrichtung zu entwickeln, mit welcher die Bildung eines'Tlasmabrennpunktes" und somit die Bildung von kumulativen Plasmastrahlen, welche die Elektroden zerstören würden verhindert wird.
  • Diese Aufgabe wird bei @ einer Gasentladungsschalteinrichtung mit einem Gasdruck, der dem linken Zweig der Zundkennlinie entspricht, mit @@@ einer hohlenals geschlossene Entladekammer ausgeführten Kathode, einer im Inneren dieser Kathode angeordnetem Anode und einer Vorrichtung zum Zünden der Bogenentladung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung mit einem Mittel zur Erzeugung eines Magnetimpulsfeldes zwischen Kathode und Anode ausgestattet ist, welches der Kompression des Bogenentladungsstromes entgegenwirkt, im Inneren der Kathode angein Form von ordnet und zwei offenen Metallwindungen ausgeführt ist, von denen die eine mit der Kathode und die andere mit der Anode verbunden ist.
  • Diese Aufgabe wird auch @ bei der - Gasentladungsschalteinrichtung mit einem Gasdruck, der dex linken Zweig der Zündkennlinie entspricht, mit einer hohlen als geschlossene Entladekammer ausgeführten Kathode, einer im Inneren der Kathode angeordneten. Anode und einer Vorrichtung zum Zünden @ (gelöst, daß die Einrichtung) der Bogenentladung erfindungsgemäß dadurch mit einem Mittel zur Erzeugung eines Magnetimpulsfeldes zwischen Kathode und Anode ausgestattet ist, welches der Kompression des Bogenentladungsstromssentgegenwirkt, im Inneren der Kathode angeordnet @ die und als offene Metallwingung ausgeführt ist, von der Kathode isoliert ist.
  • Dle vorgoschlagene Gasentladungsschalteinrichtung ermögzu licht die Schaltung von Impulsströmen bis einen Megaampere ohne Zerstörung der Elektroden.
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Es zeigen: eine Fig. 1- schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gasentladungsschalteinrichtung miteinemzwischen Anode und Kathode induzierten Magnetfeld.
  • eine Fig. 2-/Gesamtansicht der erfindungsgemaßen Gasentladungsim schalteinrichtung, Längsschnitt. eine Fig. 3- (Gesamtansicht einer anderen Variante der erfindungsgemäßen Gasentladungsschlteinrichtung mit offener Metallwindung, die von der Katode isoliert ist; imL Längsschnitt. eines Die Verbinderung der Entstehung nichtzylindrischen Z-Pinches und der Bildung eines "Plasmabrennpunktes" und der diesen begletenden kumulativen Plasmastrahlen, welche eine intensive Elektrodenerosion und eine erhöhte Gasausscheidung hervorrufen und somit den normalen Betrieb der Starkstrom-Gasentladungsschalteinrichtungen stören, beruht auf der Erscheinung dor Wechselwirkung des magnetischen Feldes mit dem elektrischen Entladestrom.
  • Die Bildung des nichtzylindrischen Z-Pinches und des erfolg "Plasmabrennpunktes" im Moment der vollen Kompression der Stromschicht zu einem dünnen Plasmafaden in der Mitte der Gadentladungsstreke im System Kathode 1 (Fig. 1) und Anode 2 unter Einwirkung eines außeren Magnetfeldes, welches durch eigenen Entladestrom induziert wird.
  • In Richtung der Längsachse der Gasentladungsstrecke entsteht in dem Systen Kathode 1 - Anode 2 ein inneres Magnetfeld mit einer so großen Feldstärke H1, daß die bei der Wechselwirkung der Stromschicht mit diesem Magnetfeld auftretende Kraft die Kompressionskraft der Stromschicht, welche bei der Wechselwirkung der Stromschicht mit dem äugeren Magnetfeld mit einer Feldstärke H2 entsteht, im Gleichgewicht hält. Für die schräggerichtete Stromschicht, wie sie in Fig. 1 durch gestrichelte Linien gezeigt ist, stellt das innere Magnetfeld also jene geschlossene Barriere dar, innerhalb welcher sich kein "Plasmabrennpunkt" bildet.
  • Für den zylindrischen und nichtzylindrischen Z-Pinch beträgt H2 etwa 0,2 . I, a wobei I - die Größe des eigenen Ent la dungsstromes in Ampere, und der a - durchshnittliche Radius des Plasmafadens in cm.
  • sind.
  • Die Bedingung der Verhinderung eines "Plasmabrennpunktes" ist: H1 # H2 Dle Gasentladungsschalteinrichtung enthält eine hohle Katode 3 (Fig. 2), die als geschlossene zylindrische Entladekammer aus Metallausgeführt ist. Im Inneren der hohlen Kathode 3 ist die Anode 4 angeordnet. Zur Schaltung der Ströme mit einer Spannung von 20 bis 25 Kilovolt ist zwischen der hohlen Kathode 3 und Anode 4 ein Metallschirm 5 angeordnet.
  • Der Abstand zwischen der Kathode 3 und dem Schirm 5 und zwischen dem Schirm 5 und der Anode 4 wird so gewählt.
  • daß die elektrische Durchschlagfestigkeit der Luftspalte eine Entstehung von Entladungen in diesen ausschließt. Der Schirm 5 hat eine von der Kathode 3 is lierte Herausführung 6 zum Anschlie ßen äußerer Spannungsteiler (nicht gezeigt). Der Eingang der £odo 4 und der Eingang des Schirmes 5 sind mit Hilfe von Isolatoren 7 und 8 isoliert. In den Wänden der Kammer der Kathode 3 gibt es Kanäle 9 zur Wasser @ kühlung. Das Kühlwasser einen ein wird über Stutzen 10 gegeben. Der Eingang der Anode 4 hat ebenfalls Kanäle (nicht gezeigt) zur kühlung mit Wasser, das über Stutzen 11 gegeben wird. Zur Triggerung der Gasentladungsschalteinrichhtung wird die Vorrichtung zur Zündung der Bogenentladung benutzt ~ , die als Söienoidspule 12 ausgeführt ist. Zum Evakuieren der Luft und Erzeugung des erforderlichen Drucks in dem Echiraum der Kathode 3 benutzt man eine Vorvakuumpumpe (nicht gezeigt). Das Evakuieren der Luft erfolgt uber eine Vorkammer -13. Fur den normalen Betrieb der Gasentladungsschalteinrichtung sollen die Abmessungen der hohlen Kathode 3, das heißt der Durchmesser a der Kammer in Zentimetern und der Abstand d in Zentimetern zwischen der Anode 4 und dem Boden der kammer, sowle der Druck p in mm QS in der Kammer folgenden Bedingungen genügen: pd < (pd)min -Übereinstimmung mit den Werten des linken Zweiges der Zündkennlinie; a.p. # 1- Existenz des Hohlkatode effektes.
  • Die erste Bedingung bestimmt die elektrische Durchschlagfestigkeit der Zwischenelektrodenspalte der Gasentladungsschalt Werten für einrichtung bei den gewählten p und d.
  • Die zweite Bedigung gewährleistet eine Verhältnismäßig niedrige Zündspannung der Bogenentladung in der Entladekammer bei positiver Polarität der Anode 4 der Gasentladungsschalteinrichtung.
  • Als Mittel zur Erzeugung des Impulsmagnefeldes zwischen der Kathode 3 und der anode 4, welches der Kompression des Bogenentladungstroms entgegenwirkt, sind im Inneren der Einrichtung in der Nähe des Bodens der Kathode 3 und an der Oberflache der Anode 4, die den Boden der Kathode 3 zugekehrt ist, offene ringförmige Metallwindungen 14 und 15 koaxial mit der Achse der Kathode 3 angeordnet. Das eine Ende der Windung 14 ist mit der Anode 4 verbunden und das eine Ende der Windung 15 ist mit der Kathode 3 mit Hilfe von angeschweißten Metallzwischenlagen 16 verbunden.
  • In einer anderen Variante der Gasentladungsschalteinrichtung (Fig. 3) wird als Mittel für die Erzeugung des Impulsmagnetfeldes zwischen Kathode 3 und Anode 4 in der Entladekammer der Hohlkaode 3 eine offene von der Kathode isolierte Metallwindung untergebracht.
  • Dle Gasentladungsschalteinrichtung arbeitet folgendermaßen: Der Druck in dem Hohlraum der Kathode 3 (Fig. 1) wird so eingestellt, daß die oben genannte Bediungung der Übereinstimmung mit den Werten des linken Zweiges der Zündkennlinie ist erfüllt. Zur Triggerung der Gasentladungssdhalteinrichtung wird auf die Solenotdspule 12 ein Stromimpuls mit einer Dauer von einigen hundert Millisekunden von einer Quelle mit einer Gleichspannung von 150 bis 300 V gegeben; Die Konfiguration des dadurch induzierten Magnetfeldes in der Entladekammer ist so, daß in der Entladestrecke die Kraftlinien die Kathode 3 zweimal kreuzen, ohne die Anode 4 zu passieren. Bei positiver Spannung an der Anode 4 entstehen im Ergebnis der Kreuzung der Kraftlinien des elektrischen und des magnetischen Feldes in der Gasentladestrecke "Potentialfallen", wobei Elekhinein tronen, wenn sie in dlese geraten, oszillierende Bewegungen längs der Kraftlinien des Magnetfeldes vollführen und gleichzeitig um die Achse des System Anode-Kathode herum driften.
  • Indem sie sich hinreichend lange bewegen, ionisieren die welches Elektronen das Gas unter Verhältnissen, in die freie Weglänge bedeutend größer als die Länge der Entladungsstrecke ist. Im Ergebnis der Ionisierung entsthet in der Gasentladungsstrecke eien Entladung. Nach der Erregung der Entladung verschiebt sich die Stromschicht unter Einwirkung der elektrodyamischen der Kräfte auf der Katode 3 und/Anode 4. Gelangt die Entladung auf die ringförmigen Windungen 15 una 14, so beginnt durch diese ein Strom zu fließen, welche ein inneres Magnetfeld mit einer Feldstärke H1 entland der Längsachse der Hohlkathode 3 erzeugt, wofür gilt: H1= 2# . Indurchschn.
  • .2.10.1 (Örsted) r dec wobei r -/Radius der ringförmigen Windung in ca Und ein I durchschn. -mittlerer Wert des Stromes, welcher durch die ringförmige Windung fließt, in Ampere sind, Die zwei ringförmigen Windungen bilden gleichsam eine Zweiwindungen-Solenoidspule, wenn die Magnetfelder jeder Windung parallel berichtet sind.
  • Das Magnetfeld mit der Feldstärke H1 stellt jene Barriere dar, in welche kein Plasme eindringt und die Oberflachen der Anode 4 und der Kathode 3 sinn sonlt keiner Erosion ausgesetzt. Da die Leitfähigkeit der ringförmigen Windung gegenüber der Leitfahigkeit des PLasmas um ein Vielfaches höher ist, kommt es nicht zu einer kaskadenartigen Brennung des Bogens "Plasma-Windung-Elektrode".
  • Das innore Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke H1 erzeugt nicht nur der eigene Entladungsstrom, sondern auch ein Impuls des Stroms von der äußeren Energiequelle (Fig. 3).
  • Auf die Windung 17 wird von der äußeren Quelle (nicht gezeigt) ein Stromimpuls gegeben, welcher in der Entladekammper das Magnetfeld zum Zünden dcr Bogenentladung erzeugt. Die Dauer des Stromimpulses wird so gewählt, daß das von ihm erzeugte Magnetfeld während der ganzen Zeit der Brennung der Bogenentladung existiert. Das induzierte Magnetfeld dlent dabel auch als barriere, welche der Kompression der Stromschicht und der Bildung "des Plasmabrennpunktes" entgegenwirkt.
  • Die Einrichtung ist hauptsächlich für den Einsatz in experimentell-physikalischen und industriellen Analgen, insbesondere in Analgen zum Formen und Schweißen von Metallen mit einem Impulsmagnetfeld bestimmt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE
1. Gasentladungsschalteinrichtung mit einem Gasdruck, der dem linken Zweig der Zündkennlinie entspricht, mit einer hohlen Kathode, die als geschlossene Entladekammer ausgeführt ist, einer Anode, die im Inneren der Kathode untergebracht ist, un einer Vorrichtung zum Zünden einer Bogenentladung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -die Einrichtung n e t, daß mit einem Mittel zur Erzeugung eines Impuls- magnetfeldes zwischen Kathode und Anodevausgestattet ist, welches die Kompression des Stromes der Bogenentlatung verhindert, im Form voiv lnneren der Kathode angeordnet und in zwei offenen Metallwindungen (14, 15) ausgeführt ist, von denen die elne mit der Anode und die andere mit der Kathode verbunden ist.
2. Gasentladungsschalteichtung mit einem Gasdruck, der dem linken Zweig der Zündkennlinie entspricht, mit einerhohlen Kathode, die als geschlossene Entladekammer ausgeführt ist, einer Anode, die im Inneren der Kathode untergebracht ist, und ein Mittel zum Zunden der Bogenentladung , , d a d u r c h g e k e n n z e S c h -die Einrichtung n e t, daß # mit einem Mittel zur Erzeugung eines Impuls- magnetfeldes zwischen der Kathode und der Anode ausgestattet ist, welches die Kompression des Bogenentladungsstromes ver- hindert, im inneren der Kathode angeordnet und als offene Metallwindung (17) ausgeführt ist, die von der Kathode isoliert ist.
Leerseite
DE19722258273 1972-11-28 1972-11-28 Gasentladungsschalteinrichtung Pending DE2258273A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19722258273 DE2258273A1 (de) 1972-11-28 1972-11-28 Gasentladungsschalteinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19722258273 DE2258273A1 (de) 1972-11-28 1972-11-28 Gasentladungsschalteinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2258273A1 true DE2258273A1 (de) 1974-05-30

Family

ID=5862928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19722258273 Pending DE2258273A1 (de) 1972-11-28 1972-11-28 Gasentladungsschalteinrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2258273A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4990732A (en) * 1987-03-19 1991-02-05 Dudko Daniil A Discharge device for magnetic-pulse working and welding of metals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4990732A (en) * 1987-03-19 1991-02-05 Dudko Daniil A Discharge device for magnetic-pulse working and welding of metals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2600683C2 (de) Strombegrenzungsanordnung mit einem Vakuumschalter
DE1241542B (de) Vorrichtung zum Erzeugen und Einschliessen eines Plasmas
DE2208431C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zünden einer Schaltröhre mit gekreuzten Feldern
DE2111121C3 (de) Gasentladungsschaltröhre
DE1640255A1 (de) Funkenstreckenschalter
DE2602078A1 (de) Niederdruck-gasentladungsrohr mit zuendeinrichtung
DE1224415B (de) Hydromagnetische Stossrohr-Vorrichtung zur Plasmaerzeugung
DE1226718B (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung und Beschleunigung von ringfoermigen Plasmoiden
DE1214804B (de) Vorrichtung zum Erzeugen und Einschliessen eines Plasmas
DE2819111C2 (de) Verfahren zum Einschalten einer Gasentladungs-Schaltröhre mit gekreuzten Feldern und zur Durchführung dieses Verfahrens ausgebildete Schaltröhre
DE2704434A1 (de) Elektronenstrahlgesteuerte entladungsschaltvorrichtung niedriger impedanz
DE1218078B (de) Vorrichtung zum Erzeugen und Einschliessen eines Plasmas
DE2258273A1 (de) Gasentladungsschalteinrichtung
DE3007371A1 (de) Verfahren und geraet zur steuerung hoher stroeme insbesondere von impulsstroemen
DE2237334A1 (de) Gasentladungs-schaltroehre
DE2342084A1 (de) Gasentladungs-schaltroehre
DE1236675B (de) Vorrichtung zur Erzeugung und Erhitzung eines Ionen-Elektronen-Plasmas
DE4302630C1 (de) Koaxial-Beschleuniger zum axialen Beschleunigen eines Plasmarings
DE2227767C3 (de) Gasentladungsschalteinrichtung
DE3023672A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verdampfung eines kathodenmaterials mittels eines lichtbogens
EP1168895B1 (de) Pulsbare Vorrichtung mit einer Anordnung zur Erzeugung von Strahlung sowie Verfahren zur Erzeugung von Strahlung
DE1185716B (de) Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie in einer Rotationsplasma-Vorrichtung
DE1947077C3 (de) Steuerbare Niederdruck Gasentla dungsrohre
DE1564445C (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gleich richtung großer Strome im Hochspannungsbe reich
DE464679C (de) Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels Gasentladungsroehren