DE2307058C3 - Mehrspalt-Thyratron - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrspalt-Thyratron mit wenigstens einem Gradientengitter, bei dem die das Gradientengitter bildenden Elektroden mit einer Spannungsquelle verbunden sind.

Aus der DT-AS 15 39 927 ist ein Mehrspalt-Thyratron der oben beschriebenen Art bekannt. Derartige Thyratron-Bauformen weisen zwar gegenüber anderen Thyratron-Anordnungen wesentliche Vorteile auf, sind abe; andererseits mit dem Nachteil behaftet, daß ih-e Lebensdauer unberechenbar und in den meisten Fällen außerordentlich kurz ist. So kommt es immer wieder vor, daß solche Thyratrons bereits nach einigen Sekunden Betriebszeit durch Schaden unbrauchbar werden, die an einem oder mehreren Gradientengittern des Thyratrons auftreten.

Auf diesem Stand der Technik aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mehrspalt-Thyratron mit wenigstens einem Gradientengitter der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Lebensdauer durch zuverlässige Vermeidung von Schäden an den Gradientengitter-Elektroden besonders hoch ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor.

daß zwischen der Spannungsquelle und derjenigen Elektrode eines ein Gradientengitter bildenden Elektrodenpaars, die von der Kathode jeweils am weitesten entfernt angeordnet ist, eine Strombegrenzungsvorrichtung vorgesehen ist.

Dabei wurde von der Annahme ausgegangen, daß die obenerwähnten Schwierigkeiten als Folge der parasitären Kapazität auftreten, die der mit dem Gradientengitter verbundenen Stromversorgung zugeordnet ist. Unabhängig davon, ob diese Annahme zutrifft oder nicht, wurde festgestellt, daß die Verwendung einer Strombegrenzungsvorrichtung für diejenige Elektrode eines ein Gradientengitter bildenden Elektrodenpaars, die von der Kathode jeweils am weitesten entfernt angeordnet ist, eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit eines Mehrspalt-Thyratrons bewirkt. Durch eine solche Strombegrenzung wird die Gefahr herabgesetzt, daß sich am Gradientengitter eine übermäßige Spannung zwischen den Elektroden aufbaut, wodurch die Lebensdauer begrenzende Schaden an den Elektroden des Thyratrons nachhaltig vermieden werden.

Des weiteren ergibt sich der Vorteil, daß Mehrspalt-Thyratrons mit der erfindungsgemäßon Strombegrenzung die vorausberechnete Leistung zuverlässiger erreichen, als Mehrspalt-Thyratrons, die diese Vorrichtung nicht aufweisen.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Strombegrenzung läßt sich in sehr vielfältiger Weise realisieren.

So besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die beiden ein Gradientengitter bildenden Elektroden durch einen eine Spannungsdifferenz aufrechterhaltenden Widerstand miteinander verbunden sind, dem an einem seiner Endpunkte die Versorgungsspannung für das Gradientengitter zugeführt wird, darin, daß zwischen diesem Endpunkt des Widerstands und der Versorgungsspannungsquellc wenigstens ein sirombegrenzender Widerstand vorgesehen ist.

Bei dieser Anordnung wird das Ziel der Erfindung unabhängig davon erreicht, ob der strombegrenzende Widerstand mit dem Endpunkt des die Spannungsdifferenz aufrechterhaltenden Widerstands verbunden ist, der mit derjenigen Elektrode des das Gradientengitter bildenden Elektrodenpaars verbunden ist, die von der Kathode am weitesten entfernt angeordnet ist, oder mit dem anderen Endpunkt des die Spannungsdifferenz aufrechterhaltenden Widerstands, der mit derjenigen Elektrode verbunden ist, die näher an der Kathode liegt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Strombegrenzungsvorrichtung so aufgebaut ist, daß zwei Widerstände mit jeweils einem ihrer Endpunkte mit einer der das Gradientengitter bildenden Elektroden verbunden sind und daß die beiden anderen Endpunkte miteinander und mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden sind.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch verwirklicht, daß die Strombegrenzungsvorrichtung so aufgebaut ist, daß zwei Widerstände mit jeweils einem ihrer Endpunkte mit einer der das Gradientengitter bildenden Elektroden verbunden sind und daß die beiden anderen Endpunkte der beiden Widerstände mit den entgegengesetzten Enden eines Widerstands verbunden sind, der in einem die Versorgungsspannung für das Gradientengitter liefernden Spannungsteiler enthalten ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Strombegrenzungseinrichtung so aufgebaut ist, daß zwei Widerstände mit jeweils einem ihrer Endpunkte mit einer der das Gradientengitter bildenden Elektroden verbunden sind und daß die beiden anderen Endpunkte der beiden Widerstände gemeinsam an ein Ende eines weiteren Widerstands gelegt sind, dessen freies Ende mit der Spannungsversorgungsquelle für das Gradientengitter verbunden ist.

Es versteht sich von selbst, daß unter der bisher verwendeten Bezeichnung »Widerstand« auch beliebige Kombinationen von Widerstandselemer.ten verstanden werden sollen, die einem einzigen Widerstand äquivalent sind.

Obwohl bei den vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen die Strombegrenzung mit rein ohmsehen Bauelementen durchgeführt wurde, ist es auch möglich, induktive oder kapazitive Elemente allein oder in Kombination miteinander u.id/oder ohmschen Elementen zu verwenden. So zeichnet sich eine weitere Ausführungsform der Krlindiing dadurch aus, daß ein ?-o Kondensator zwischen die beiden ein Gradientengittcr bildenden Elektroden geschaltet ist.

Dieser Kondensator trägt insofern zur Strombegrenzung bei, als er in der Lage ist, kurzzeitig auftretende, hochfrequente Spannungsspitzen zwischen den beiden ft.s ein Gradientengittcr bildenden Elektroden kurzzuschließen bzw. so stark zu bedampfen, daß die diesen Spanniingsspitzen zugeordneten Stromstöße auf ein erträgliches Maß begrenzt bleiben

Dieses Hilfsmittel kann natürlich auch zusätzlich zu jeder der vorangehend beschriebenen Anordnungen von Widerstandselementen verwendet werden.

In einer anderen Variante kann auch vorgesehen sein, daß ein nichtlineares Element, beispielsweise ein spannungsabhängiger Widerstand, zwischen die beiden ein Gradientengitter bildenden Elektroden geschaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel mit Verwendung induktiver Elemente wird dadurch realisiert, daß die Strombegrenzungseinrichtung von einer Verzögerungsleitung gebildet wird. Das kann insbesondere so ausgeführt werden, daß die Verzögerungsleitung ein Koaxialkabel ist und daß ein Abgleichwiderstand zwischen dieses und die Spannungsversorgungsquelle für das Gradientengitter geschaltet ist. Auch kann vorgesehen werden, daß ein Teil der Verbindung, die diejenige Elektrode eines ein Gradientengitter bildenden Elektrodenpaars, die der Kathode jeweils am nächsten liegt, mit der Versorgungsspannungsquelle verbindet, durch den Außenleiter des Koaxialkabels gebildet wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 ein Mehrspalt-Thyratron herkömmlicher Bauart,

F i g. 2 bis 6 und 8 Mehrspalt-Thyratrons mit einer Strombegrenzung, die durch Widerstände realisiert ist,

F i g. 7 ein Mehrspalt-Thyratron, dessen Strombegrenzung mittels eines induktiven Elements realisiert ist, und

F i g. 9 ein Mehrspalt-Thyratron, bei dem eine Kapazität zur Strombegrenzung Verwendung findet.

Das in F i g. 1 dargestellte Thyratron besitzt einen Keramikkolben 1, innerhalb dessen sich eine Kathode 2, ein Steuergitter 3, zwei benachbarte Elektroden 4 und 5, die ein Gradientengitter bilden, und eine Anode 6 befinden. Da dieses Thyratron ein Gradientengitter besitzt, handelt es sich um eine Bauart mit zwei Spalten, wobei sich der erste Spannungsstandhahespalt 7 zwischen dem Steuergitter 3 und der Elektrode 4 befindet, während der zweite Spannungsstandhahespalt 8 zwischen der Elektrode 5 und der Anode 6 liegt. Die Speisung der Elektroden des Thyratrons erfolgt von einem Spannungsteiler, der zum Thyratron parallel geschaltet ist. Dieser Spannungsteiler besteht aus den Widerständen 9 und 10. Das eine Ende des Spannungsteilers ist mit der Kathode verbunden und geerdet, das andere Ende des Spannungsteilers ist mit der Anode verbunden, während der dazwischenliegende Punkt 11 mit der Elektrode 4 über einen Widerstand 12 und mit der Elektrode 5 unmittelbar verbunden ist. Der Widerstand 12, der sich auf diese Weise praktisch zwischen den beiden Elektroden 4 und 5 befindet, dient im Betrieb dazu, zwischen den beiden Elektroden eine Spannungsdifferenz aufrechtzuerhalten. Obwohl in F i g. 1 ein Spannungsteiler dargestellt ist, wie er in den meisten Fällen zur Speisung der Elektroden 4 und 5 verwendet wird, ist es auch bekannt, eine unabhängige Speisung für diese beiden Elektroden dadurch vorzusehen, daß ein dem Punkt 11 entsprechender Punkt über einen Widerstand mit einem Punkt mit fester Spannung verbunden wird. Im Betrieb werden die beiden das Gradientengitter bildenden Elektroden 4 und 5 vor dem Leitendwerden auf dem gleichen Potential gehalten. Beim Beginn des leitenden Zustands tritt zwischen ihnen eine Spannung auf, die sicherstellt, daß die Hauptentladung zuerst durch die Spannungsstandhalte-

spalte und darin durch das Gradientengitler hindurch erfolgt. Im Falle eines Thyratrons mit mehr als zwei Spannungsstandhaltespalten und entsprechend mehr als einem Gradientengitter arbeitet jedes Gradientengitter in ähnlicher Weise, jedoch mit einer Startspannung, die für näher an der Anode liegende Gradientengitter fortschreitend höher wird.

Das in F i g. 2 dargestellte Mehrspalt-Thyratron ist ebenso wie die parallelgeschaltete, als Spannungsteiler aufgebaute Spannungsversorgung identisch mit der in F i g. 1 dargestellten Anordnung. Es sind jedoch Vorrichtungen zur Strombegrenzung für die Elektrode des Gradientengitters, die sich näher an der Anode 6 befindet, d. h. für die Elektrode 5 vorgesehen, um sie von der den Spannungsteiler 9, 10 zugeordneten Kapazität 13 zu entkoppeln. Diese Vorrichtungen bestehen in dem vorliegenden Fall aus einem Widerstand 14, der zwischen den im Spannungsteiler 9, 10 liegenden Punkt 11 einerseits und dem mit der Elektrode 5 verbundenen Endpunkt des Widerstands 12 andererseits geschaltet ist. Im Betrieb dient der Widerstand 12 wieder dazu, die erforderliche Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 4 und 5 aufrechtzuerhalten. Der Widerstand 14 bewirkt eine Begrenzung des Stroms, der von der dem Spannungsteiler 9, 10 zugeordneten Kapazität 13 auf die Elektroden 4 und 5 fließt.

Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung ist der in der F i g. 2 dargestellten mit der Ausnahme gleich, daß der Strombegrenzungswiderstand 14 elektrodenseitig mit dem Endpunkt des Widerstands 12 verbunden ist, an dem auch die Elektrode 4 liegt. In diesem Fall wird während des Betriebs die dem Spannungsteiler 9, 10 zugeordnete Kapazität 13 durch den Leitungszustand zwischen der Kathode 2 und der Elektrode 4 entladen. Die nun mit der Elektrode 5 verbundene Streukapazität ist weitgehend diejenige des Thyratrons selbst, die wesentlich kleiner ist als die dem Spannungsteiler 9, 10 zugeordnete Kapazität 13. Innerhalb des Thyratrons findet eine Spannungsteilungswirkung (infolge der Aufteilung der Kapazitäten zwischen den Elektroden) statt, was zur Folge hat, daß die Spannung zwischen den Elektroden 4 und 5 herabgesetzt wird.

Bei der Anordnung nach F i g. 4 enthalten die Spannungsversorgungsleitungen für die beiden Elektroden 4 und 5 Strombegrenzungswiderstände 16 und 15, die sowohl dazu dienen, die gewünschte Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden aufrechtzuerhalter, als auch dazu, den Strom zu begrenzen, der von der dem Spannungsteiler 9, 10 zugeordneten Kapazität 13 anfänglich in die beiden Elektroden fließt.

Die in F i g. 5 gezeigte Anordnung ist der Anordnung aus F i g. 4 insofern ähnlich, als die Spannungsversorgungsleitungen zu den beiden Elektroden 4 und 5 ebenfalls Strombegrenzungswiderstände 16 und 15 enthal ten. In diesem Fall sind jedoch die spannungsteilerseitigen Enden dieser Widerstände 15 und 16 nicht miteinander und mit einem gemeinsamen Punkt (11 in F i g. 4) am Spannungsteiler 9, 10 verbunden, sondern mit den entgegengesetzten Enden eines zwischen die Widerstände 9 und 10 im Spannungsteiler geschalteten Widerstands 17. Der Widerstand 17 bewirkt das Entstehen einer anfänglichen Spannungsdifferenz zwischei den Elektroden 4 und 5, während die bei der Anord nung nach F i g. 4 die Widerstände 16 und 15 den Stron begrenzen, der von der dem Spannungsteiler 9, 10 zu geordneten Kapazität 13 anfänglich auf die Elektroder 4 und 5 fließt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 wird die Span nungsversorgung für die Elektroden 4 und 5 nicht vot einem zum Thyratron parallel geschalteten Spannungs

ίο teiler abgeleitet, wie bei den oben beschriebenen Aus führungsformen, sondern von einer gesonderten Span nungsquelle 18 über einen Widerstand 19. im übriger ist die Anordnung ähnlich der Anordnung, wie sie ir F i g. 4 dargestellt ist.

In F i g. 7 ist die Verwendung eines induktiven EIe ments, in diesem Fall einer Koaxialleitung 20, all Strombegrenzungselement dargestellt. Hierzu liegt dk Koaxialleitung 20 in der Spannungsversorgungsleitunf für die Elektrode 5. Ein Abgleichwiderstand 21 ist mi der Koaxialleitung 20 in Reihe geschaltet. Die Span nungsversorgung für die Elektrode 4 erfolgt zweckmä ßigerweise über den Außenleiter der Koaxialleitung 20.

F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

in Anwendung auf ein Mehrspalt-Thyratron mit mehl als zwei Spalten (im vorliegenden Fall mit drei Spalten und mehr als einem Gradientengitter (im vorliegender Fall mit zwei Gradientengittern). Der zusätzliche Spal ist mit 22 bezeichnet, während das zusätzliche Gradien tengitter durch zwei Elektroden 23 und 24 gebilde wird. Die Spannungsversorgung für jedes Gradienten gitter ist ähnlich wie bei der für das einzelne Gradien tengitter der Anordnung nach F i g. 4 durchgeführt. Di< Widerstände in jeder der Speiseleitungen zu den zu sätzlichen Elektroden 23 und 24 sind mit 25 und 26 be zeichnet. Im Betrieb haben die Widerstände 15 und U sowie die Widerstände 25 und 26 genau die gleich« Wirkung, wie die entsprechenden Widerstände 15 unc 16 in Fi g. 4. Wie bei den bekannten Anordnungen is die Nennspannung des Gradientengitters 4, 5 so ausgc legt, daß sie höher ist als die Nennspannung des Gra dientengitters 22,24, was durch den Einbau eines weite ren Widerstands 27 im Spannungsteiler erreicht wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 wird die Strombegrenzung zwischen der Elektrode 5 und dei dem Spannungsteiler 9, 10 zugeordneten Kapazität 1: durch eine Kapazität bewirkt Diese Anordnung ent spricht derjenigen nach Fig. 1, wobei zusätzlich eir Kondensator 27 zwischen den Elektroden 4 und 5 Ver wendung findet.

Diese vorangehend beschriebenen Grundformer können in vielen Fällen kombiniert werden. Beispiels weise können bei allen Ausführungsformen nach dei F i g. 2 bis 8 Kondensatoren zwischen die beiden Elek troden eines Gradientengitters geschaltet werden, wit es in F i g. 9 dargestellt ist Ferner können bei den Aus führungsformen nach den F i g. 2 bis 6 und 8 die Strom begrenzungswiderstände in vielen Fällen durch indukti ve Bauelemente, beispielsweise durch Verzögerungslei hingen oder Kabel ersetzt oder mit diesen kombinier werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Mehrspalt-Thyratron mit wenigstens einem Gradientengitter, bei dem die das Gradientengitter bildenden Elektroden mit einer Spannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spannungsquelle (9, 10) und derjenigen Elektrode (5) eines ein Gradientengitter bildenden Elektrodenpaars (4, 5), die von der Kathode (2) jeweils am weitesten entfernt angeordnet ist, eine Strombegrenzungsvorrichtung (14) vorgesehen ist.

2. Mehrspalt-Thyratron nach Anspruch 1, bei dem die beiden ein Gradientengitter bildenden Elektroden durch einen eine Spannungsdifferenz aufrechterhaltenden Widerstand miteinander verbunden sind, dem an einem seiner Endpunkte die Versorgungsspannung für das Gradientengitter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen diesem Endpunkt des Widerstands (12) und der Versorgungsspannungsquelle (11) wenigstens ein strombegrenzender Widerstand (14) vorgesehen ist.

3. Mehrspalt-Thyratron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung so aufgebaut ist, daß zwei Widerstände (15,16) mit jeweils einem ihrer Endpunkte mit einer der das Gradientengitter bildenden Elektroden (4, 5) verbunden sind und daß die beiden anderen Endpunkte der beiden Widerstände (15.16) miteinander und mit der Versorgungsspannungsquelle (11) verbunden sind.

4. Mehrspalt-Thyratron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die S'rombegrenzungsvorrichtung so aufgebaut ist, daß zwei Widerstände (15,16) mit jeweils einem ihrer Endpunkte mit einer der das Gradientengitter bildenden Elektroden (4, 5) verbunden sind und daß die beiden anderen Endpunkte der beiden Widerstände (15,16) mit den entgegengesetzten Enden eines Widerstands (17) verbunden sind, der in einem die Versorgungsspannung für das Gradientengitter liefernden Spannungsteiler (9,10,17) enthalten ist.

5. Mehrspalt-Thyratron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungseinrichtung so aufgebaut ist, daß zwei Widerstände (15, 16) mit jeweils einem ihrer Endpunkte mit einer der das Gradientengitter bildenden Elektroden (4, 5) verbunden sind und daß die beiden anderen Endpunkte der beiden Widerstände (15, 16) gemeinsam an ein Ende eines weiteren Widerstands (19) gelegt sind, dessen freies Ende mit der Spannungsversorgungsquelle für das Gradientengitter verbunden ist.

6. Mehrspalt-Thyratron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (27) zwischen die beiden ein Gradientengitter bildenden Elektroden (4, 5) geschaltet ist.

7. Mehrspalt-Thyralron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtlineares Element, beispielsweise ein spannungsabhängiger Widerstand, zwischen die beiden ein Gradientengitter bildenden Elektroden (4, 5) geschaltet ist.

8. Mchrspalt-Thyratron nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrcnzungseinrichtung von einer Verzögerungsleitung (20) gebildet wird.

9. Mehrspalt-Thyratron nach / "«spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (20) ein Koaxialkabel ist und daß ein Abgleichwiderstand (21) zwischen dieses und die Spannungsversorgungsquelle (9, 10) für das Gradientengitter geschaltet ist.

10. Mehrspalt-Thyratron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Verbindung, die diejenige Elektrode (4) eines ein Gradientengitter bildenden Elektrodenpaars (4,5), die der Kathode (2) jeweils am nächsten liegt, mit der Versorgungsspannungsquelle (9, 10) verbindet, durch den Außenleiter des Koaxialkabels gebildet wird.