FR2984027A1

FR2984027A1 - High voltage spark gap device i.e. laser initiated spark gap device, for transferring energy to active component, has cathode connected to terminal through additional resistor whose resistive value satisfies specific relation

Info

Publication number: FR2984027A1
Application number: FR1161405A
Authority: FR
Inventors: Rene Bailly-Salins
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-14
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: FR2984027B1

Abstract

The device has electrodes (11A, 11B) e.g. anode and cathode, mounted in an enclosure (15) and separated by a predetermined interval i.e. space (14). The electrodes are connected to an outer side of the enclosure by terminals (17, 18). The terminals are mounted within a circuit of a resistor (Ru), inductor (L) and a capacitor (C). The cathode is connected to the respective terminal within the enclosure through an additional resistor (16) whose resistive value (Ra) satisfies a specific relation. The additional resistor has length greater than width of a factor equal to 2. An independent claim is also included for a laser source and spark arrester assembly.

Description

L'invention concerne un éclateur à haute tension du type à amorçage par laser ; selon un aspect de l'invention sa cathode est connectée, au sein de la chambre de décharge, à une résistance dont l'effet est intermittent au cours d'une décharge. Les éclateurs à haute tension, et en pratique à forte intensité de 10 courant, sont des éclateurs de puissance qui sont généralement amorcés par un laser. Un éclateur est ici considéré comme étant à haute tension lorsqu'il est conçu en sorte de pouvoir transférer de l'énergie à une tension d'au moins 1000 volts. 15 La technologie des éclateurs amorcés (on dit aussi « déclenchés ») par laser a été mise en oeuvre avec l'avènement des lasers afin de fiabiliser l'instant du déclenchement, et donc sa possible synchronisation avec d'autres évènements. Le principe d'un tel amorçage par laser est de focaliser un faisceau laser dans l'intervalle (ou « gap ))) situé entre les électrodes de 20 l'éclateur, qui est en pratique rempli d'un gaz sous pression, typiquement du SF6 ; cela déclenche un arc électrique entre les électrodes, du fait de l'ionisation du gaz dans cet intervalle, ce qui assure temporairement une conduction électrique entre les électrodes. L'ionisation commence à l'emplacement où le faisceau est focalisé et l'arc électrique est en pratique de 25 faible diamètre, ce qui signifie qu'il a une inductance et une résistance élevées. Des exemples d'éclateurs à déclenchement par laser sont notamment décrits dans les documents US - 3 295 011, FR - 1 495 564 ou FR - 2 673 334. Le document FR - 1 495 564 aborde en outre l'obtention d'une cadence élevée de déclenchement. 30 Dans son principe, un éclateur est un dispositif destiné à transférer l'énergie d'un condensateur vers un composant actif et implanté dans un circuit de type RLC. En pratique, la composante capacitive de ce circuit est principalement formée par ledit condensateur tandis que le composant actif peut être, notamment, une inductance, telle que le circuit primaire d'un transformateur pulsé, et/ou une résistance de faible valeur, telle qu'un fil à exploser. The invention relates to a high voltage spark gap of the laser ignition type; according to one aspect of the invention its cathode is connected, within the discharge chamber, a resistor whose effect is intermittent during a discharge. High voltage, and in practice high current, spark gaps are power sparkers which are generally laser initiated. A spark gap is here considered to be high voltage when designed so that it can transfer energy at a voltage of at least 1000 volts. The technology of the initiated sparkers (also called "triggered") by laser has been implemented with the advent of lasers in order to make reliable the instant of the trigger, and therefore its possible synchronization with other events. The principle of such a laser ignition is to focus a laser beam in the gap (or gap) between the electrodes of the spark gap, which is in practice filled with a gas under pressure, typically SF6; this triggers an electric arc between the electrodes, due to the ionization of the gas in this interval, which temporarily ensures electrical conduction between the electrodes. Ionization begins at the location where the beam is focused and the electric arc is in practice of small diameter, which means that it has a high inductance and resistance. Examples of laser trigger spark gaps are described in documents US Pat. No. 3,295,011, FR-1,495,564 and FR-2,673,334. Document FR-1 495 564 also deals with obtaining a cadence. high trigger. In principle, a spark gap is a device for transferring energy from a capacitor to an active component and implanted in an RLC type circuit. In practice, the capacitive component of this circuit is mainly formed by said capacitor while the active component can be, in particular, an inductor, such as the primary circuit of a pulsed transformer, and / or a low value resistor, such as 'a thread to explode.

Un tel circuit est schématisé à la figure 1, avec un éclateur 1 dont une électrode 1A (anode en pratique) est connectée à une capacité 2, formant une source d'énergie, et une autre électrode 1B (cathode en pratique) est connectée à un circuit utile 3, en pratique représenté par une inductance L et une résistance Ru. Ces électrodes sont séparées par un espace 4, au sein d'une chambre 5 mise sous vide ou au contraire remplie d'un gaz sous pression, tel que du SF6 ou de l'air (sec). La flèche représente un faisceau laser pouvant être utilisé pour provoquer le déclenchement de l'éclateur dans cet espace 4. La décharge (quelle que soit la cause du déclenchement, volontaire ou non), se fait alors suivant une courbe qui est apériodique amortie, ou oscillatoire amortie, suivant que la résistance Ru (voir ci-dessous) est supérieure ou inférieure à une valeur de seuil telle que Rs = 2 (L/C)(15, ou Rs2 = 4.UC. En pratique la valeur C représente toutes les composantes capacitives du circuit 2+3 dans lequel les électrodes sont montées (on comprend qu'il s'agit essentiellement de la capacité du condensateur auquel est appliqué l'énergie à décharger), la valeur L représente toutes les composantes inductives auxquelles l'éclateur est connecté (on comprend qu'il s'agit essentiellement de la composante du circuit utile), et la valeur Ru représente toutes les composantes résistives de ce circuit. Such a circuit is shown diagrammatically in FIG. 1, with a spark gap 1 of which an electrode 1A (anode in practice) is connected to a capacitor 2, forming a power source, and another electrode 1B (cathode in practice) is connected to a useful circuit 3, in practice represented by an inductance L and a resistance Ru. These electrodes are separated by a space 4, in a chamber 5 placed under vacuum or on the contrary filled with a gas under pressure, such as SF6 or air (dry). The arrow represents a laser beam that can be used to cause the triggering of the spark gap in this space 4. The discharge (regardless of the cause of the trip, voluntary or not), is then in a curve that is aperiodic damped, or damped oscillator, depending on whether the resistance Ru (see below) is greater than or less than a threshold value such that Rs = 2 (L / C) (15, or Rs2 = 4.UC. In practice the value C represents all the capacitive components of the circuit 2 + 3 in which the electrodes are mounted (it is understood that it is essentially the capacity of the capacitor to which the energy to be discharged is applied), the value L represents all the inductive components to which the spark gap is connected (it is understood that it is essentially the component of the useful circuit), and the value Ru represents all the resistive components of this circuit.

La figure 2 représente les courbes correspondant dans deux exemples représentatifs des deux cas précités. La courbe Cl correspond à une capacité de 1 pF chargé à 100kV, et un circuit utile d'inductance L = 1 pH (donc Rs = 2 0) et de résistance Ru = 0.2 (donc Ru < Rs). On constate que cette courbe Cl commence par une augmentation jusqu'à un pic noté lo, puis présente des oscillations amorties, c'est-à-dire que cette courbe présente ensuite des oscillations de part et d'autre de la valeur 0, avec une amplitude qui diminue d'un pic (haut ou bas) à l'autre. FIG. 2 represents the corresponding curves in two representative examples of the two aforementioned cases. The curve C1 corresponds to a capacity of 1 pF charged at 100kV, and a useful circuit of inductance L = 1 pH (thus Rs = 20) and of resistance Ru = 0.2 (hence Ru <Rs). It can be seen that this curve C1 begins with an increase up to a peak noted lo, then has damped oscillations, that is to say that this curve then presents oscillations on both sides of the value 0, with an amplitude that decreases from one peak (up or down) to the other.

La courbe C2 correspond à une capacité de même valeur que dans le premier cas, et un circuit utile de même inductance ; par contre la résistance Ru = 2 0 (c'est-à-dire que Rs = Ru). On observe que cette courbe C2 commence, comme Cl, par une augmentation jusqu'à un pic (noté la), sensiblement inférieur au pic k) de la courbe Cl (la est inférieur à la moitié de Io), puis diminue continûment vers 0. On observerait une décroissance de la pour des valeurs croissantes de Ru (à titre d'exemple, la ne serait plus que de l'ordre de 5kA pour une valeur de Ru = 20 O. The curve C2 corresponds to a capacity of the same value as in the first case, and a useful circuit of the same inductance; on the other hand the resistance Ru = 20 (that is, Rs = Ru). It is observed that this curve C2 begins, like Cl, by an increase up to a peak (denoted la), substantially lower than the peak k) of the curve Cl (la is less than half of Io), then decreases continuously towards 0 We would observe a decrease of the value for increasing values of Ru (for example, it would be only of the order of 5kA for a value of Ru = 20 O.

Ainsi le régime apériodique de la courbe C2 correspond à un courant bien plus faible qu'en régime oscillatoire (Cl) ) ; on comprend que, si l'on souhaite obtenir un courant plus important immédiatement après le déclenchement de la décharge, il semble préférable de chercher à obtenir un régime oscillatoire, mais un tel régime oscillatoire s'est révélé néfaste pour la durée de vie des composants du circuit, de même que pour l'obtention d'un bon transfert d'énergie de la source vers le circuit utile, notamment du fait des inversions de courant. L'invention a pour objet une structure d'éclateur permettant de 20 combiner les avantages des deux régimes précités, avec un régime de courant important en une première phase, tout en ayant ensuite une évolution apériodique amortie. Elle propose à cet effet un éclateur à haute tension comportant une enceinte dans laquelle sont montées une anode et une cathode séparée par un 25 intervalle prédéterminé, les bornes par lesquelles ces électrodes sont respectivement connectées à l'extérieur de l'enceinte étant destinées à être montées au sein d'un circuit de résistivité Ru, d'inductance L et de capacité C, caractérisé en ce que la cathode est connectée à sa borne respective, au sein de l'enceinte, au travers d'une résistance additionnelle de valeur résistive Ra 30 telle que Ru < 2.(L/C)OE5 <= Ru + Ra. Thus the aperiodic regime of curve C2 corresponds to a much weaker current than in oscillatory regime (Cl)); it is understood that, if it is desired to obtain a larger current immediately after the onset of the discharge, it seems preferable to seek an oscillatory regime, but such an oscillatory regime has proved detrimental to the life of the components of the circuit, as well as for obtaining a good energy transfer from the source to the useful circuit, in particular because of the current reversals. The object of the invention is a spark gap structure which makes it possible to combine the advantages of the two aforementioned regimes with a large current regime in a first phase, while subsequently having a damped aperiodic evolution. To this end, it proposes a high-voltage spark gap comprising an enclosure in which an anode and a cathode separated by a predetermined interval are mounted, the terminals through which these electrodes are respectively connected to the outside of the enclosure being intended to be mounted in a circuit of resistivity Ru, of inductance L and of capacitance C, characterized in that the cathode is connected to its respective terminal, within the enclosure, through an additional resistance of resistive value Ra 30 such that Ru <2. (L / C) OE5 <= Ru + Ra.

De manière préférée, cette résistance additionnelle a une valeur de résistance juste suffisante pour obtenir le changement de régime de décharge. En d'autres termes, de manière préférée, la valeur de Ra est telle que Ru + Ra = 2.(UC)", ou très légèrement supérieure (par exemple d'au plus 5%. Preferably, this additional resistance has a resistance value just sufficient to obtain the change of discharge regime. In other words, preferably, the value of Ra is such that Ru + Ra = 2. (UC) ", or very slightly higher (for example at most 5%.

Ainsi, selon l'invention, l'enceinte de l'éclateur comporte, entre la cathode et la paroi de l'enceinte, une résistance capable d'être entourée par le plasma généré au sein de cette enceinte au moment de la formation d'un arc électrique entre les deux électrodes ; puisque le plasma est conducteur, celui-ci met la résistance Ra en court-circuit (Ra est donc neutralisée), de sorte que la décharge commence par suivre une courbe de courant du type Cl à la figure 2, c'est-à-dire une courbe oscillatoire amortie. Toutefois, lorsque le courant passe à 0, l'arc électrique ne génère plus assez de plasma pour court-circuiter Ra ; il en découle que la résistance du circuit devient Ra+Ru et la décharge se poursuit selon une courbe de type C2 à la figure 2, c'est-à-dire un régime apériodique critique amorti. En d'autres termes, selon l'invention, la présence dans l'enceinte d'une résistance pouvant être entourée, donc court-circuitée, par le plasma a pour effet que l'on force le circuit à se décharger d'abord suivant un régime oscillatoire puis suivant un régime apériodique à partir du premier point de croisement des deux courbes de la figure 2. Ainsi, on profite de la haute valeur de crête de la première oscillation, puis du régime apériodique qui contribue à améliorer la durée de vie des composants tout en assurant un bon transfert de l'énergie. Pour ce faire, la résistance additionnelle intervient de manière seulement intermittente lors de la décharge. Thus, according to the invention, the enclosure of the spark gap comprises, between the cathode and the wall of the enclosure, a resistor capable of being surrounded by the plasma generated within this chamber at the time of the formation of an electric arc between the two electrodes; since the plasma is conducting, it puts the resistor Ra in short circuit (Ra is therefore neutralized), so that the discharge begins by following a current curve of the type C1 in FIG. 2, that is, say a damped oscillatory curve. However, when the current goes to 0, the electric arc no longer generates enough plasma to short circuit Ra; it follows that the resistance of the circuit becomes Ra + Ru and the discharge is continued according to a curve of type C2 in FIG. 2, that is to say a damped critical aperiodic regime. In other words, according to the invention, the presence in the enclosure of a resistance which can be surrounded, and thus short-circuited, by the plasma has the effect of forcing the circuit to be discharged first following an oscillatory regime then following an aperiodic regime from the first point of intersection of the two curves of Figure 2. Thus, we take advantage of the high peak value of the first oscillation, then the aperiodic regime which contributes to improving the service life components while ensuring a good transfer of energy. To do this, the additional resistance occurs only intermittently during the discharge.

Si l'on désigne par Rp la composante résistive du plasma, on comprend que cette composante a d'abord une valeur très inférieure à Ra, puis qu'elle devient très supérieure à celle-ci. L'intensité de la première impulsion de tension est d'autant plus importante que Rp est faible et que Ru est faible par rapport à Rs ; on évite d'autant mieux qu'il y ait ensuite des oscillations non désirées que Rp évolue vers une valeur très importante et que (Ru+Ra) est proche de Rs. If we denote by Rp the resistive component of the plasma, we understand that this component has a value very much lower than Ra, then becomes much higher than it. The intensity of the first voltage pulse is all the more important as Rp is weak and Ru is small compared to Rs; it is all the better to avoid undesirable oscillations that Rp evolves towards a very important value and that (Ru + Ra) is close to Rs.

De manière préférée, cette résistance additionnelle a une longueur, parallèlement à la direction suivant laquelle s'étend l'espace séparant les électrodes, supérieure à sa largeur d'un facteur au moins égal à 2. En d'autres termes, la résistance additionnelle est avantageusement allongée dans le sens d'alignement des électrodes ; cela contribue à l'obtention d'une valeur significative de résistance tout en permettant d'obtenir un effet de court-circuit par le plasma ; en fait ce facteur de forme dépend aussi de la présence éventuelle d'un alésage central à l'intérieur de cette résistance, étant noté que la longueur de cette résistance influe aussi, avec la résistivité du matériau qui la constitue, sur l'évolution de la résistance Rp précitée au cours de la décharge électrique totale. La présence d'une résistance allongée entre la paroi de l'enceinte et la cathode est apparue tout à fait compatible avec un bon maintien en position de cette cathode au sein de l'enceinte. La section transversale de la résistance additionnelle peut être dimensionnée en fonction de l'intensité de la décharge électrique à libérer ; on peut toutefois souhaiter que son contour ait une section au plus égale (à 10% près) à la section de la cathode, transversalement à l'axe d'alignement des électrodes. De manière également préférée la résistance additionnelle a la forme d'un tube entourant une tige de positionnement de la cathode à l'intérieur de l'enceinte. En variante cette résistance additionnelle peut être formée d'une pluralité de tiges pleines réparties autour d'une telle tige de positionnement. On peut noter que la démarche naturelle de l'homme de métier consistait à minimiser le volume de l'enceinte de confinement d'un éclateur, 25 compte tenu notamment de ce que cette enceinte était destinée à être à une pression très différente de la pression ambiante (vide, ou au contraire pression de plusieurs bars). Cela explique que de manière classique, les électrodes sont, dans les éclateurs classiques, très proches des parois délimitant les extrémités de l'enceinte de confinement. Contrairement à cette démarche naturelle, 30 l'invention enseigne d'écarter l'une des électrodes, à savoir la cathode, de sa paroi respective de manière à y loger une résistance additionnelle. Preferably, this additional resistance has a length, parallel to the direction in which the space separating the electrodes extends, greater than its width by a factor at least equal to 2. In other words, the additional resistance is advantageously elongated in the direction of alignment of the electrodes; this contributes to obtaining a significant value of resistance while making it possible to obtain a short-circuit effect by the plasma; in fact this form factor also depends on the possible presence of a central bore inside this resistance, being noted that the length of this resistance also influences, with the resistivity of the material which constitutes it, on the evolution of the aforementioned resistance Rp during the total electric discharge. The presence of an elongated resistor between the wall of the chamber and the cathode appeared fully compatible with good retention in position of this cathode within the enclosure. The cross section of the additional resistor may be sized according to the intensity of the electric discharge to be released; however, it may be desirable for its contour to have a section at most equal (within 10%) to the section of the cathode, transversely to the alignment axis of the electrodes. Also preferably the additional resistance has the shape of a tube surrounding a positioning rod of the cathode inside the enclosure. Alternatively this additional resistance may be formed of a plurality of solid rods distributed around such a positioning rod. It may be noted that the natural approach of the skilled person was to minimize the volume of the confinement chamber of a spark gap, especially in view of the fact that this chamber was intended to be at a pressure very different from the pressure ambient (empty, or on the contrary pressure of several bars). This explains that conventionally, the electrodes are, in conventional gaps, very close to the walls delimiting the ends of the containment. In contrast to this natural approach, the invention teaches that one of the electrodes, namely the cathode, be removed from its respective wall in order to accommodate additional resistance thereto.

On peut ajouter que la démarche habituelle de l'homme de métier, pour amorcer par laser la formation de l'arc électrique permettant la décharge d'énergie, était de focaliser un faisceau laser dans l'espace situé entre les électrodes, ce qui avait pour effet de générer un arc électrique étroit dont la section ne représentait qu'une faible fraction de la section des électrodes (typiquement inférieure à un tiers de cette section). Selon un autre aspect préféré de l'invention, la cathode est au moins en partie formée, en regard de l'anode, d'un matériau réfractaire poreux (par exemple fritté) chargé, de manière au moins approximativement homogène, en matériau capable d'émettre des électrons par effet photo-émissif (il est apparu que c'était le cas de matériaux connus en soi au sein de cathodes connues sous le nom d'électrode à réserve ou « impregnated dispenser electrode » en anglais) ; cela a pour effet que le faisceau n'a plus besoin d'être focalisé au sein de l'espace séparant les électrodes et peut avoir une section significative lorsqu'il atteint la surface de la cathode, permettant que l'intensité surfacique (ou densité, ou flux) d'illumination soit inférieure à 35 mJ/mm2, de préférence comprise entre (et y compris) 10 et 20 mJ/mm2 ; il en découle que l'arc électrique qui se forme a une section plus large que dans les éclateurs classiques et peut plus facilement englober la cathode ; on comprend que cela facilite la propagation du plasma derrière la cathode, autour de la résistance additionnelle que l'invention enseigne d'ajouter. De préférence, le matériau capable d'émettre des électrons a une énergie d'extraction des électrons d'au plus 2 eV. De manière avantageuse, l'énergie d'extraction de ces électrons est inférieure à l'énergie des photons incidents. Ainsi, selon encore un autre aspect avantageux de l'invention, l'éclateur comporte une lentille destinée à intercepter un faisceau laser selon une direction axiale de l'anode et à le concentrer au travers de l'anode en direction de la cathode, cette lentille étant conçue en sorte de focaliser le faisceau au-delà de la surface de la cathode délimitant ledit intervalle. De manière préférée, la partie de cathode formée d'un matériau réfractaire poreux chargé en matériau émissif est située au centre de la cathode (celle-ci peut elle-même être montée dans un porte-cathode). Elle a avantageusement une surface d'au moins 3 mm2, De manière préférée, cette partie de la cathode est formée de tungstène fritté (ou de métaux de la mine de platine) chargé notamment en 5 oxydes alcalins et/ou alcalino-terreux, par exemple en oxydes de baryum, de calcium et d'aluminium. La section de la cathode est définie en fonction du courant, ou de la charge qu'il y a à faire transiter par celle-ci, tandis que la distance inter-électrodes est définie notamment en fonction de la tension d'auto-amorçage. 10 Bien que ces valeurs soient définies indépendamment l'une de l'autre, il peut être avantageux que la cathode ait, transversalement à l'axe d'alignement des électrodes, une dimension représentant entre 50% et 200% de l'intervalle inter-électrodes. 15 L'invention concerne également un dispositif à décharge électrique comportant un éclateur du type précité. Elle propose ainsi un ensemble comportant une source laser adaptée à générer des faisceaux laser impulsionnel et un éclateur du type précité, caractérisé en ce que l'éclateur comporte une lentille disposée suivant 20 une direction axiale de l'anode et positionnée par rapport à la source laser en sorte de concentrer un faisceau laser impulsionnel au travers de l'anode en direction de la cathode. De manière préférée, la source laser est adaptée à générer des faisceaux laser impulsionnels de durée inférieure à 5 ns. 25 Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un éclateur à 30 déclenchement laser connu, la figure 2 est un graphe représentant deux types possibles de courbes de décharge d'un éclateur conforme au schéma de la figure 1, la figure 3 est un schéma de principe d'un éclateur conforme à l'invention, la figure 4 est une coupe longitudinale d'un éclateur conforme au schéma de la figure 3, et la figure 5 est un graphe représentant une courbe de décharge de l'éclateur de la figure 4 dans lequel on autorise la formation d'un plasma autour d'une résistance additionnelle et une courbe de décharge de cet éclateur sans plasma autour de cette résistance additionnelle (ayant une impédance plus faible). La figure 3 est un schéma, aussi général que celui de la figure 1, mais faisant apparaître une caractéristique particulière de l'invention : on note que l'éclateur de cette figure 3, où les éléments similaires à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes signes de référence mais augmentés du nombre 10, se distingue principalement par la présence dans l'enceinte d'une résistance additionnelle derrière la cathode, entre celle-ci et la paroi de l'enceinte. Ainsi, cet éclateur 11 comporte une électrode 11A (anode en pratique) connectée à une capacité 12, formant une source d'énergie, et une autre électrode 11B (cathode en pratique) connectée à un circuit utile 13, en pratique représenté par une inductance L et une résistance Ru. Ces électrodes sont séparées par un espace 14, au sein d'une chambre 15 mise sous vide partiel ou au contraire, de préférence, remplie d'un gaz sous pression, tel que du SF6 ou de l'air (sec) ; la pression est classiquement de plusieurs bars, typiquement de l'ordre de 2 à 5 bars, par exemple 3 bars. Ces électrodes sont en regard l'une de l'autre, le long d'une direction axiale (non représentée, horizontale sur cette figure 3). La cathode 11B est reliée électriquement à la paroi de l'enceinte 15, plus précisément à la borne 17 par laquelle cette 2 98402 7 9 cathode peut être connectée à l'extérieur, par une résistance additionnelle notée 16. Cette résistance 16 a une valeur résistive Ra telle que Ru < 2.(L/C)° 5 <= Ru + Ra. De manière avantageuse, cette valeur est telle que 5 Ru + Ra = 2.(LJC)", ou à peine supérieure (d'au plus 5%) à cette valeur. On peut noter qu'il semble avantageux que cette résistance 16 ait une longueur supérieure à sa largeur d'un facteur au moins égal à 2 (cela dépend en pratique de la valeur d'impédance souhaitée et du matériau 10 constitutif). De même, il semble avantageusement qu'elle ait un contour ayant une section transversale (en ce qui concerne sa face externe) au plus égale (à 10% près) à la section de la cathode. Cette résistance est ici représentée par une double barre, mais peut en variante être constituée par une barre longitudinale, dans l'axe commun des 15 électrodes 11A et 11B, ou une pièce tubulaire entourant une tige de fixation de la cathode par rapport à la paroi de l'enceinte, ou de plusieurs tiges entourant cette tige de fixation. La référence 18 désigne schématiquement la borne par laquelle l'anode est connectée électriquement avec l'extérieur de l'enceinte. 20 Cette enceinte est classiquement formée d'une paroi globalement tubulaire (en pratique électriquement isolante), fermée à ses extrémités par des plaques d'extrémité comportant les bornes et autres raccords par lesquels les électrodes communiquent avec l'extérieur. Un exemple de réalisation d'un tel éclateur est représenté à la figure 25 4; une source laser 100 est en outre représentée, servant à émettre un faisceau laser 101 servant à amorcer l'éclateur, c'est-à-dire déclencher la décharge d'énergie. Cet éclateur a été conçu pour permettre d'évaluer l'effet d'une résistance additionnelle derrière la cathode ; il s'agit donc d'un prototype dont la structure peut être simplifiée pour un fonctionnement normal. 30 Les éléments similaires à ceux de la figure 3 sont désignés par les signes de référence utilisés sur cette figure 3, mais augmentés du nombre 10. 2 98402 7 10 Ainsi, cet éclateur 21 comporte une première chambre 25, et une seconde chambre 35. Ces deux chambres comportent ici des portions de paroi tubulaire de même section, notées 33A et 33B et s'étendant horizontalement. La section des 5 portions est ici circulaire mais peut, en variante, être polygonale, par exemple carrée. En variante, ces deux chambres peuvent avoir des sections différentes, compte tenu de la différence de leurs fonctions (voir ci-dessous). Ces deux portions 33A et 33B sont disposées de part et d'autre d'une paroi transversale intermédiaire 30 ; cette paroi comporte ici des orifices 10 80 permettant la communication fluidique entre les deux chambres, d'où un équilibrage des pressions de part et d'autre de cette paroi. Cette paroi ne s'étend pas ici jusqu'au centre des chambres, et a une forme annulaire. Elle reçoit en effet l'une des électrodes, à savoir l'anode 21A cette paroi annulaire forme, conjointement avec cette anode, une paroi séparant les deux chambres 15 25 et 35. Cette paroi 30 est connectée à des condensateurs (non représentés) où est stockée l'énergie à transmettre, au moment du déclenchement de l'éclateur. Cette paroi annulaire 30 constitue donc la borne par laquelle l'anode est connectée électriquement avec l'extérieur de l'éclateur. En variante non représentée, les deux portions de paroi 33A et 33B 20 sont d'un seul tenant, la paroi transversale annulaire 30 traversant localement cette paroi unique en des emplacements circonférentiellement répartis. La chambre 35 est fermée d'une part par cette paroi 30 et d'autre part par une plaque d'extrémité 31. L'autre chambre 25 est fermée par une plaque d'extrémité 32. 25 Les plaques d'extrémité sont reliées l'une à l'autre (indirectement, voir ci-dessous), de manière à maintenir en position les portions de paroi tubulaire 33A et 33B, au moyen de tiges axiales (ou tirants) 45 réparties autour de la paroi ; la figure 4 en représente deux, situées respectivement en haut et en bas de la paroi tubulaire. 30 La chambre 35 sert à la fixation de l'éclateur à la paroi interne d'une cuve de test, ici remplie d'huile (non représentée) ; cette cuve contient l'ensemble du dispositif à haute tension. La référence 90 représente cette paroi 2 98402 7 11 de la cuve de test : on peut noter que cette paroi 90 comporte une ouverture dans laquelle est fixé l'éclateur au moyen d'une pièce annulaire de fixation 92. C'est, dans l'exemple représenté, à cette pièce annulaire de fixation 92 que sont fixées la paroi d'extrémité 31, d'une part, la portion de paroi tubulaire 33A 5 et les tiges 45, d'autre part. Ainsi, cette paroi d'extrémité 31 peut être enlevée pour un accès à l'intérieur de l'éclateur sans avoir à vider la cuve de test ; cette paroi 31 forme donc une trappe de visite pour l'éclateur. Cette trappe de visite comporte des embouts 94 et 95 pour l'injection de fluide sous pression dans l'éclateur et pour la purge de celui-ci (de l'air sec, de préférence). 10 Dans la chambre 25 sont disposées les électrodes 21A et 21B, ainsi que la résistance additionnelle 26. Dans l'exemple représenté, les électrodes ont sensiblement les mêmes sections. L'anode est traversée par un canal longitudinal 82 disposé 15 axialement en sorte de permettre la circulation d'un faisceau laser 101 généré, de manière impulsionnelle, par la source 100 en direction de la cathode 21B. A cet effet, la paroi 31 comporte une lentille 83 adaptée à être traversée par le faisceau 101 et à le concentrer d'une manière appropriée. Dans l'exemple représenté, un élément de renvoi 110 est prévu pour réfléchir le faisceau dans 20 la direction horizontale au travers de l'anode. Un tel élément n'est toutefois pas nécessaire lorsque le faisceau généré par la source 100 est déjà orienté vers la cathode. Le faisceau peut, de manière classique en soi, être focalisé à l'intérieur de l'espace 24 situé entre les électrodes, au moment où l'on veut 25 amorcer l'arc électrique permettant la décharge d'énergie à partir des condensateurs, à une tension d'excitation inférieure à la tension d'auto- amorçage. Il est rappelé que la tension d'auto-amorçage Ub (en kV) est donnée par l'équation Ub = k.pa.h où 30 k est un paramètre dépendant du fluide sous pression (il vaut 25 dans le cas de l'air sec et 70 dans le cas du SF6), Pa (en bar) est la pression de ce fluide, et - h (en cm) est la distance séparant les électrodes. Le faisceau peut aussi, en variante, être focalisé vers l'intérieur de la cathode 21B, c'est-à-dire que le faisceau peut ne pas être focalisé dans l'espace inter-électrode, mais servir à assurer principalement un effet d'illumination (beaucoup plus que de chauffage) de la cathode, ou du moins d'une partie centrale de la cathode, de manière à faire émettre par celle-ci des électrons, par effet photoémissif. Cela peut être le cas lorsque, ainsi que cela est représenté à titre d'exemple, une portion centrale 84 de la cathode 21B est une pièce rapportée en matériau réfractaire poreux (par exemple fritté) imprégné d'une charge photoémissive pouvant libérer des électrons du fait d'une illumination ; un tel matériau est connu en soi pour la réalisation d'une cathode dite « à réserve », typiquement utilisée sous vide en régime continu, par chauffage. Une telle cathode est classiquement réalisée en matériau réfractaire, typiquement en tungstène, obtenu par frittage, et imprégné par une charge d'oxydes (souvent alcalins ou alcalino-terreux) capable de fournir à la surface de l'élément cathodique des électrons (voire quelques ions) sous l'action d'un flux de photons ; il est avantageux que l'énergie d'extraction d'électrons de ce matériau imprégné soit inférieure à l'énergie des photons de ce flux. It may be added that the usual approach of the person skilled in the art, to laser ignite the formation of the electric arc for the discharge of energy, was to focus a laser beam in the space between the electrodes, which had the effect of generating a narrow arc whose section represented only a small fraction of the section of the electrodes (typically less than one third of this section). According to another preferred aspect of the invention, the cathode is at least partially formed, facing the anode, with a porous refractory material (for example sintered) loaded, at least approximately homogeneously, with a material capable of emitting electrons by photo-emissive effect (it appeared that this was the case of materials known per se in cathodes known as the reserve electrode or "impregnated dispenser electrode" in English); this has the effect that the beam no longer needs to be focused within the space separating the electrodes and can have a significant section when it reaches the surface of the cathode, allowing the surface intensity (or density , or flux) of illumination is less than 35 mJ / mm 2, preferably between (and including) 10 and 20 mJ / mm 2; it follows that the electric arc that is formed has a wider section than in conventional gaps and can more easily encompass the cathode; it is understood that this facilitates the propagation of the plasma behind the cathode, around the additional resistance that the invention teaches to add. Preferably, the material capable of emitting electrons has an electron extraction energy of at most 2 eV. Advantageously, the extraction energy of these electrons is less than the energy of the incident photons. Thus, according to yet another advantageous aspect of the invention, the spark gap comprises a lens intended to intercept a laser beam in an axial direction of the anode and to concentrate it through the anode in the direction of the cathode. lens being designed so as to focus the beam beyond the surface of the cathode defining said gap. Preferably, the cathode portion formed of a porous refractory material loaded with emissive material is located in the center of the cathode (which can itself be mounted in a cathode holder). It advantageously has an area of at least 3 mm.sup.2. Preferably, this part of the cathode is formed of sintered tungsten (or platinum-bearing metals), in particular charged with 5 alkaline and / or alkaline earth oxides, example in oxides of barium, calcium and aluminum. The section of the cathode is defined as a function of the current, or of the load that is to be passed through it, while the inter-electrode distance is defined in particular according to the self-priming voltage. Although these values are defined independently of each other, it may be advantageous for the cathode to have, transversely to the alignment axis of the electrodes, a dimension representing between 50% and 200% of the interstage interval. -électrodes. The invention also relates to an electric discharge device comprising a spark gap of the aforementioned type. It thus proposes an assembly comprising a laser source adapted to generate pulsed laser beams and a spark gap of the aforementioned type, characterized in that the spark gap comprises a lens disposed along an axial direction of the anode and positioned relative to the source. laser to focus a pulsed laser beam through the anode towards the cathode. Preferably, the laser source is adapted to generate pulsed laser beams of duration less than 5 ns. Objects, features and advantages of the invention will emerge from the description which follows, given by way of nonlimiting illustrative example with reference to the accompanying drawings, in which - FIG. 1 is a schematic diagram of a tripping spark gap. FIG. 2 is a graph showing two possible types of discharge curves of a spark gap according to the diagram of FIG. 1; FIG. 3 is a schematic diagram of a spark gap according to the invention, FIG. is a longitudinal section of a spark gap according to the diagram of FIG. 3, and FIG. 5 is a graph showing a discharge curve of the spark gap of FIG. 4 in which the formation of a plasma around a additional resistance and a discharge curve of this plasma-free spark gap around this additional resistance (having a lower impedance). FIG. 3 is a diagram, as general as that of FIG. 1, but showing a particular characteristic of the invention: it is noted that the spark gap of this FIG. 3, where the elements similar to those of FIG. 1 are designated by the same reference signs but increased by the number 10, is distinguished mainly by the presence in the chamber of additional resistance behind the cathode, between the latter and the wall of the enclosure. Thus, this spark gap 11 comprises an electrode 11A (anode in practice) connected to a capacitor 12, forming a power source, and another electrode 11B (cathode in practice) connected to a useful circuit 13, in practice represented by an inductor L and a resistance Ru. These electrodes are separated by a space 14, within a partial evacuated chamber or, on the contrary, preferably filled with a gas under pressure, such as SF6 or air (dry); the pressure is typically several bars, typically of the order of 2 to 5 bars, for example 3 bars. These electrodes are facing each other, along an axial direction (not shown, horizontal in this Figure 3). The cathode 11B is electrically connected to the wall of the enclosure 15, more precisely to the terminal 17 through which this cathode can be connected to the outside, by an additional resistance denoted 16. This resistor 16 has a value resistive Ra such that Ru <2. (L / C) ° 5 <= Ru + Ra. Advantageously, this value is such that Ru + Ra = 2. (LJC) ", or barely higher (by at most 5%) than this value, It may be noted that it seems advantageous that this resistance 16 a length greater than its width by a factor of at least 2 (this depends in practice on the desired impedance value and the constituent material) .Also, it advantageously appears to have an outline having a cross section (with regard to its external face) at most equal (within 10%) to the section of the cathode This resistance is here represented by a double bar, but may alternatively be constituted by a longitudinal bar, in the axis electrodes 11A and 11B, or a tubular piece surrounding a rod for fixing the cathode relative to the wall of the chamber, or a plurality of rods surrounding this fixing rod 18 denotes schematically the terminal by which the Anode is electrically connected This enclosure is conventionally formed of a generally tubular wall (in practice electrically insulating), closed at its ends by end plates comprising the terminals and other connections through which the electrodes communicate with the outside of the enclosure. outside. An exemplary embodiment of such a spark gap is shown in FIG. 4; a laser source 100 is further shown, for emitting a laser beam 101 for starting the spark gap, that is to say triggering the energy discharge. This spark gap was designed to evaluate the effect of additional resistance behind the cathode; it is therefore a prototype whose structure can be simplified for normal operation. The elements similar to those of FIG. 3 are designated by the reference signs used in this FIG. 3, but increased by the number 10. Thus, this spark gap 21 comprises a first chamber 25, and a second chamber 35. These two chambers here comprise tubular wall portions of the same section, denoted 33A and 33B and extending horizontally. The section of the 5 portions is here circular but may alternatively be polygonal, for example square. Alternatively, these two chambers may have different sections, given the difference in their functions (see below). These two portions 33A and 33B are disposed on either side of an intermediate transverse wall 30; this wall here comprises orifices 80 allowing fluid communication between the two chambers, whereby balancing the pressures on either side of this wall. This wall does not extend here to the center of the rooms, and has an annular shape. It receives indeed one of the electrodes, namely the anode 21A this annular wall forms, together with this anode, a wall separating the two chambers 25 and 35. This wall 30 is connected to capacitors (not shown) where the energy to be transmitted is stored when the spark gap is triggered. This annular wall 30 is therefore the terminal by which the anode is electrically connected with the outside of the spark gap. In a variant not shown, the two wall portions 33A and 33B are in one piece, the annular transverse wall 30 locally passing through this single wall at circumferentially distributed locations. The chamber 35 is closed on the one hand by this wall 30 and on the other by an end plate 31. The other chamber 25 is closed by an end plate 32. The end plates are connected to each other. one to the other (indirectly, see below), so as to maintain in position the tubular wall portions 33A and 33B, by means of axial rods (or tie rods) 45 distributed around the wall; Figure 4 shows two, respectively located at the top and bottom of the tubular wall. The chamber 35 serves to attach the spark gap to the inner wall of a test vessel, here filled with oil (not shown); this tank contains the entire high voltage device. The reference 90 represents this wall 2 98402 7 11 of the test vessel: it may be noted that this wall 90 has an opening in which the spark gap is fixed by means of an annular fixing piece 92. the example shown, to this annular fixing piece 92 which are fixed the end wall 31, on the one hand, the tubular wall portion 33A 5 and the rods 45, on the other hand. Thus, this end wall 31 can be removed for access to the interior of the spark gap without having to empty the test vessel; this wall 31 therefore forms a trap door for the spark gap. This inspection hatch includes tips 94 and 95 for injecting fluid under pressure into the spark gap and for purging it (dry air, preferably). In the chamber 25 are arranged the electrodes 21A and 21B, as well as the additional resistor 26. In the example shown, the electrodes have substantially the same sections. The anode is traversed by a longitudinal channel 82 arranged axially so as to allow the circulation of a laser beam 101 generated, in a pulse manner, by the source 100 in the direction of the cathode 21B. For this purpose, the wall 31 comprises a lens 83 adapted to be traversed by the beam 101 and to concentrate it in a suitable manner. In the example shown, a deflection element 110 is provided to reflect the beam in the horizontal direction through the anode. Such an element is however not necessary when the beam generated by the source 100 is already oriented towards the cathode. The beam can, in a conventional manner per se, be focused within the space 24 located between the electrodes, at the moment when it is desired to initiate the electric arc allowing the energy discharge from the capacitors, at an excitation voltage lower than the self-priming voltage. It is recalled that the self-priming voltage Ub (in kV) is given by the equation Ub = k.pa.h where 30 k is a parameter dependent on the fluid under pressure (it is worth 25 in the case of the dry air and 70 in the case of SF6), Pa (in bar) is the pressure of this fluid, and - h (in cm) is the distance separating the electrodes. The beam may also, alternatively, be focused towards the inside of the cathode 21B, that is to say that the beam may not be focused in the inter-electrode space, but may serve mainly to provide a light effect. illumination (much more than heating) of the cathode, or at least a central portion of the cathode, so as to emit therefrom electrons, by photoemissive effect. This may be the case when, as shown by way of example, a central portion 84 of the cathode 21B is an insert made of porous (for example sintered) refractory material impregnated with a light-emitting charge that can release electrons from the made of an illumination; such a material is known per se for producing a so-called "spare" cathode, typically used under continuous vacuum, by heating. Such a cathode is conventionally made of refractory material, typically tungsten, obtained by sintering, and impregnated with a charge of oxides (often alkaline or alkaline-earth) capable of supplying the surface of the cathodic element with electrons (even a few ions) under the action of a flux of photons; it is advantageous for the electron extraction energy of this impregnated material to be less than the energy of the photons of this flux.

La notion de cathode de réserve est notamment décrite dans l'article « Modem dispenser cathodes » de J.L. Cronin paru dans IEE PROC, Vol 128, Pt 1, N°1, February 1981, pp 19-32 ; on trouve également des informations sur cette notion dans la présentation « High Emission Density Thermionic Cathode » de Arnold Shih (Vacuum Electronics Branch, Naval Research Laboratory, Washington DC), lors de « Workshop on Cathodes for Relativistic Electron Beams » May 10-11 2001. On peut également se référer au document FR - 2 683 090 ou au document US - 2 864 028. Comme indiqué ci-dessus les cathodes à réserve sont utilisées en pratique sous vide, de manière continue et nécessitent un chauffage, ce qui correspond à une utilisation bien différente de celle qu'enseigne l'invention. De manière préférée, la poudre de tungstène frittée est imprégnée d'oxydes de baryum, de calcium et d'aluminium. De manière particulièrement préférée, les proportions relatives d'oxydes de baryum, de calcium et d'aluminium sont de 5 :3 :2. Cela correspond à des matériaux homogènes de cathodes bien connues sur le marché, et donc de prix modéré (cathodes connues sous la désignation « Philips B »). The concept of a spare cathode is described in particular in the article "Modem dispenser cathodes" by J. L. Cronin published in IEE Proc, Vol 128, Pt 1, No. 1, February 1981, pp 19-32; information on this concept can be found in Arnold Shih's "High Emission Density Thermionic Cathode" presentation (Vacuum Electronics Branch, Naval Research Laboratory, Washington, DC), during "Workshop on Cathodes for Relativistic Electron Beams" May 10-11, 2001 Reference may also be made to document FR-2,683,090 or US Pat. No. 2,864,028. As indicated above, the reserve cathodes are used in practice under vacuum, in a continuous manner and require heating, which corresponds to a use very different from that taught by the invention. Preferably, the sintered tungsten powder is impregnated with oxides of barium, calcium and aluminum. Particularly preferably, the relative proportions of barium, calcium and aluminum oxides are 5: 3: 2. This corresponds to homogeneous cathode materials well known on the market, and therefore of moderate price (cathodes known under the designation "Philips B").

La cathode comporte ici des canaux transversaux 85 permettant la présence de vis pour la fixation de la queue de la pièce en tungstène fritté. La cathode 21B est reliée à la plaque d'extrémité 32, formant borne de connexion avec l'extérieur, par une résistance 26 qui, dans l'exemple considéré, est un élément tubulaire entourant une tige axiale 86 assurant le positionnement de la cathode vis-à-vis de cette plaque d'extrémité et vis-à-vis de l'ensemble de l'éclateur. La paroi tubulaire 33B comporte, sur sa face interne, un épaulement annulaire 87 contribuant au maintien en position de la cathode, notamment transversalement à l'axe. The cathode here comprises transverse channels 85 allowing the presence of screws for fixing the tail of the sintered tungsten piece. The cathode 21B is connected to the end plate 32, forming a connection terminal with the outside, by a resistor 26 which, in this example, is a tubular element surrounding an axial rod 86 ensuring the positioning of the cathode. to this end plate and vis-à-vis the entire spark gap. The tubular wall 33B has, on its inner face, an annular shoulder 87 contributing to maintaining the position of the cathode, in particular transversely to the axis.

Cet épaulement annulaire comporte des canaux axiaux 88 permettant une communication fluidique au travers de cet épaulement entre les chambres situées de part et d'autre de celui-ci. Cet épaulement annulaire peut n'être formé que de quelques éléments radiaux de manière à permettre une communication aisée entre les volumes situés de part et d'autre. A titre d'exemple, les portions de paroi 33A et 33B, ainsi que l'épaulement 87 et la trappe de visite, sont en polyméthacrylate (PMMA), c'est- à-dire en un matériau électriquement isolant (sa résistance diélectrique est de 150 kV/cm). Il a notamment pour avantage, dans un prototype, d'être transparent, ce qui permet de visualiser les composants actifs et les phénomènes qui se produisent. En outre il a un module élastique de 3 GPa, ce qui permet d'établir une pression pouvant aller jusqu'à 10 bars avec un bon coefficient de sécurité mécanique ; enfin il a une bonne résistance aux UV émis par les arcs électriques. Quant aux tiges 45, elles sont en PEEK GF 30 (polyéther ether ketone avec 30% de fibres de verre), ce qui lui confère une bonne résistance mécanique (module élastique de 8 GPa et une bonne résistance diélectrique, de 200kV/cm) ; ce matériau assure une excellente tenue mécanique et électrique à l'ensemble du dispositif. Les électrodes sont en laiton (sauf la portion centrale de la cathode qui est, comme indiqué ci-dessus, en tungstène fritté et chargé en oxydes de baryum, de calcium et d'aluminium). La lentille est de focale f250, pour un laser à 100 mJ, de longueur d'onde de 532 nm à impulsions de 3 ns. Le faisceau intercepte la partie centrale de la cathode, en matériau fritté poreux sur une surface de 10 mm2, cette surface étant à une distance de 235 mm de la lentille. La paroi 30 est reliée à quatre condensateurs montés en parallèle pour une capacité globale de C = 3070 nF. Dans cet exemple considéré, le tube 33B a une longueur de 268 mm (entre les pièces 30 et 32), tandis que le tube 33A a une longueur de 120 mm (entre les pièces 30 et 92). La paroi tubulaire de l'enceinte a un diamètre interne de 120 mm et un diamètre extérieur de 150 mm. La résistance additionnelle 26 a un diamètre externe de 50 mm et un diamètre interne de 25 mm, pour une longueur de 156 mm (depuis la plaque d'extrémité jusqu'à la face arrière de la cathode en laiton). Quant à la face avant de la cathode (à savoir sa partie centrale en matériau fritté), elle est à 235 mm de la lentille. La distance h entre les électrodes est de 15 mm ou 8 mm, selon que la tension de service est de 100 kV ou de 50 kV (elle peut varier en conséquence lorsque la tension varie de l'une à l'autre de ces valeurs).. This annular shoulder comprises axial channels 88 allowing fluid communication through this shoulder between the chambers located on either side thereof. This annular shoulder may be formed of only a few radial elements so as to allow easy communication between the volumes located on either side. By way of example, the wall portions 33A and 33B, as well as the shoulder 87 and the inspection hatch, are made of polymethacrylate (PMMA), that is to say of an electrically insulating material (its dielectric strength is 150 kV / cm). In particular, it has the advantage, in a prototype, of being transparent, which makes it possible to visualize the active components and the phenomena that occur. In addition it has an elastic modulus of 3 GPa, which allows to establish a pressure of up to 10 bar with a good mechanical safety coefficient; finally it has a good resistance to UV emitted by electric arcs. As for the rods 45, they are PEEK GF 30 (polyether ether ketone with 30% glass fibers), which gives it good mechanical strength (elastic modulus of 8 GPa and a good dielectric strength of 200kV / cm); this material ensures excellent mechanical and electrical resistance to the entire device. The electrodes are made of brass (except for the central portion of the cathode which is, as indicated above, made of sintered tungsten and loaded with oxides of barium, calcium and aluminum). The lens has a focal length f250, for a 100 mJ laser with a wavelength of 532 nm with pulses of 3 ns. The beam intercepts the central portion of the cathode, of porous sintered material on a surface of 10 mm 2, this surface being at a distance of 235 mm from the lens. The wall 30 is connected to four capacitors connected in parallel for an overall capacitance of C = 3070 nF. In this example, the tube 33B has a length of 268 mm (between the parts 30 and 32), while the tube 33A has a length of 120 mm (between the parts 30 and 92). The tubular wall of the enclosure has an internal diameter of 120 mm and an outside diameter of 150 mm. The additional resistor 26 has an outer diameter of 50 mm and an internal diameter of 25 mm, for a length of 156 mm (from the end plate to the rear face of the brass cathode). As for the front face of the cathode (namely its central part made of sintered material), it is 235 mm from the lens. The distance h between the electrodes is 15 mm or 8 mm, depending on whether the operating voltage is 100 kV or 50 kV (it can vary accordingly when the voltage varies from one to the other of these values) ..

La partie centrale de la cathode est un cylindre de 12 mm, ce qui représente une fraction de moins d'un quart du diamètre de la cathode prise dans son ensemble. La résistance additionnelle est en céramique (en silico-aluminates de carbone), conductrice dans la masse, peu selfique et de valeur Ra = 1.60, ou de 0.80 (voir les courbes montrées à titre d'exemple à la figure 5). Ainsi, le circuit électrique au sein duquel l'éclateur est monté comporte : 2 98402 7 15 - la capacité des quatre condensateurs auxquels l'anode est connectée, - une inductance totale égale à la somme des inductances des condensateurs, des liaisons électriques, de l'arc de l'éclateur, de 5 la résistance additionnelle et du plasma environnant, en parallèle, - une résistance totale égale à la somme des résistances des condensateurs, des liaisons électriques, de l'arc de l'éclateur, de la résistance additionnelle et du plasma en parallèle. 10 Lorsqu'un déclenchement de l'éclateur est souhaité, la source 100 est activée en sorte de générer le faisceau impulsionnel 101 qui, traversant l'anode en direction de la cathode, provoque l'amorçage d'un arc électrique entre les électrodes ; sous réserve que l'épaulement annulaire le permette (il peut être très largement ajourée) ; le plasma ainsi formé entoure la cathode, 15 ainsi que la résistance 26 jusqu'à établir directement une connexion électrique avec la plaque d'extrémité 32, cette résistance 26 étant ainsi neutralisée du point de vue électrique, tant que les orifices 88 sont largement ouverts. On est donc dans une configuration où la courbe de décharge est du type Cl (oscillatoire amorti). Le courant de décharge augmente ainsi jusqu'à un 20 maximum puis diminue vers zéro. Cela est représenté par le début de la courbe C3 de la figure 5. Mais au fur et à mesure que le courant de décharge approche de zéro, les conditions pour que le plasma reste autour de la résistance 26 en la neutralisant tendent à disparaître, de sorte que la décharge doit à nouveau se 25 faire au travers de cette résistance : on revient donc à une situation où la décharge se fait selon une courbe de type C2, c'est-à-dire que la décharge tend à se faire suivant une courbe apériodique amortie, ce qui est représenté par la seconde partie de la courbe C3. Sur ce graphique de la figure 5 est en outre reportée une courbe C4 30 obtenue avec une résistance additionnelle de 0.80, en empêchant la formation d'un plasma autour de celle-ci (les orifices 88 sont alors fermés). Alors que la courbe C3 correspond à un cas où, du point de vue électrique, il y d'abord une valeur 0 de résistance additionnelle, puis une valeur de 1.60, la courbe C4 correspond à un cas où il y a en permanence une résistance additionnelle de 0.80 (soit la moitié de la valeur maximale du cas précédent). On note que la partie de C3 suivant le franchissement de la valeur zéro à la baisse est très proche de la portion correspondante de la courbe C4 ; toutefois la première partie de cette courbe C3 est très supérieure à celle de C4. Cela confirme que l'invention permet de combiner les avantages des deux types de courbes de courant, sans en avoir tous les inconvénients. Un tel éclateur a en outre été testé dans l'alimentation du circuit primaire d'un transformateur élévateur de tension (100 kV : 1500 kV) utilisé comme source primaire d'un accélérateur d'électrons ; des résultats également satisfaisants ont pu être constatés. De manière générale, des dimensionnements recommandés peuvent être définis comme suit : la valeur à commuter U vaut 75% de la tension d'auto-amorçage (ce qui correspond aux exemples précités, avec h=8 mm pour Pa=3 bars et U=50 kV, ou h=15 mm si on prend U=100kV), les électrodes ont un diamètre adapté à l'impulsion de courant, source d'érosion, la section de la résistance est choisie pour être capable de supporter l'impulsion de courant, la longueur de la résistance (en pratique céramique) est choisie en sorte de permettre à cette dernière de supporter l'impulsion de courant et l'évolution de la résistance de plasma entre une valeur très faible et une valeur beaucoup plus importante, les pièces isolantes sont assez grandes pour éviter les courts-circuits de surface, le flux laser sur la cathode est choisi pour être suffisant pour provoquer l'amorçage (la valeur de 10 mJ/mm2 précitée convient bien pour un matériau de cathode dispenser de type Phillips (tungstène imprégné d'oxydes de calcium, de baryum et d'aluminium, - un certain empirisme peut être utile pour finaliser toutes les dimensions. On comprend que, en l'absence de tout contexte de test, un éclateur selon l'invention peut ne comporter que la chambre 25 de la figure 4, la lentille de focalisation de la plaque 31 pouvant être reportée sur une plaque portant l'anode. The central portion of the cathode is a 12 mm cylinder, which represents a fraction of less than a quarter of the diameter of the cathode as a whole. The additional resistance is ceramic (in silico-aluminates carbon), conductive in the mass, little inductive and Ra value = 1.60, or 0.80 (see the curves shown by way of example in Figure 5). Thus, the electrical circuit in which the spark gap is mounted comprises: the capacity of the four capacitors to which the anode is connected; a total inductance equal to the sum of the inductances of the capacitors, the electrical connections, the the arc of the spark gap, the additional resistance and the surrounding plasma, in parallel, - a total resistance equal to the sum of the resistances of the capacitors, the electrical connections, the arc of the spark gap, the resistance additional and plasma in parallel. When triggering of the spark gap is desired, the source 100 is activated so as to generate the pulse beam 101 which, passing through the anode in the direction of the cathode, causes the initiation of an electric arc between the electrodes; provided that the annular shoulder allows it (it can be very widely perforated); the plasma thus formed surrounds the cathode, as well as the resistor 26, to directly establish an electrical connection with the end plate 32, this resistor 26 thus being electrically neutralized, as long as the orifices 88 are wide open . We are thus in a configuration where the discharge curve is of the Cl type (damped oscillatory). The discharge current thus increases to a maximum and then decreases to zero. This is represented by the beginning of the curve C3 of FIG. 5. But as the discharge current approaches zero, the conditions for the plasma to remain around the resistor 26 by neutralizing it tend to disappear. So that the discharge must again be made through this resistor: one returns then to a situation where the discharge is done according to a curve of the type C2, that is to say that the discharge tends to be done following a damped aperiodic curve, which is represented by the second part of the curve C3. In this graph of Figure 5 is further reported a curve C4 obtained with an additional resistance of 0.80, preventing the formation of a plasma around it (the orifices 88 are then closed). While the curve C3 corresponds to a case where, from the electrical point of view, there is first an additional resistance value 0, then a value of 1.60, the curve C4 corresponds to a case where there is permanently a resistance additional 0.80 (half of the maximum value of the previous case). Note that the portion of C3 following the crossing of the zero value downward is very close to the corresponding portion of the curve C4; however, the first part of this curve C3 is much greater than that of C4. This confirms that the invention makes it possible to combine the advantages of the two types of current curves, without having all the disadvantages. Such a spark gap has also been tested in the supply of the primary circuit of a step-up transformer (100 kV: 1500 kV) used as the primary source of an electron accelerator; equally satisfactory results have been observed. In general, recommended dimensions can be defined as follows: the value to be switched U is equal to 75% of the self-priming voltage (which corresponds to the above examples, with h = 8 mm for Pa = 3 bars and U = 50 kV, or h = 15 mm if U = 100kV), the electrodes have a diameter adapted to the current pulse, source of erosion, the section of the resistor is chosen to be able to withstand the pulse of current, the length of the resistor (in practice ceramic) is chosen so as to allow the latter to withstand the current pulse and the evolution of the plasma resistance between a very low value and a much larger value, the insulating parts are large enough to avoid surface short-circuits, the laser flux on the cathode is chosen to be sufficient to cause priming (the value of 10 mJ / mm 2 above is well suited for a cathode material dispenser type Phillips (tung stene impregnated with oxides of calcium, barium and aluminum, - a certain empiricism can be useful to finalize all dimensions. It is understood that, in the absence of any test context, a spark gap according to the invention may comprise only the chamber 25 of FIG. 4, the focusing lens of the plate 31 being transferable on a plate carrying the anode .

Claims

REVENDICATIONS1. A high-voltage spark-gap comprising an enclosure (15, 25) in which are mounted an anode (11A, 21A) and a cathode (11B, 21B) separated by a predetermined gap (14). , 24), the terminals (17, 18; 30, 32) by which these electrodes are respectively connected outside the enclosure being intended to be mounted within a resistance circuit Ru, of inductance L and capacitor C, characterized in that the cathode is connected to its respective terminal, within the enclosure, through an additional resistance (16, 26) of resistive value Ra such that Ru <

2. (LJC) ° 5 <= Ru + Ra. 2. Eclator according to claim 1, characterized in that the value of Ra is such that Ru + Ra = 2 (L / C) ° 5

3. A spark gap according to claim 1 or claim 2, characterized in that the additional resistance (16, 26) has a length greater than its width by a factor of at least 2.

4. Eclator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the additional resistance has the shape of a tube surrounding a positioning rod of the cathode inside the enclosure.

5. Eclator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cathode is at least partly (84) formed, facing the anode, a porous refractory material homogeneously loaded material capable of to emit electrons by photoemissive effect.

6. A spark gap according to claim 5, characterized in that the material capable of emitting electrons has an electron extraction energy of at most 2 eV.

7. A spark gap according to claim 5 or claim 6, characterized in that it comprises a lens (83) intended to intercept a laser beam in an axial direction of the anode and to concentrate it through the anode in the direction of the cathode, this lens being designed so as to focus the beam beyond the surface of the cathode defining said gap.

8. Eclator according to any one of claims 5 to 7, characterized in that this portion of the cathode is formed of sintered tungsten loaded barium oxides, calcium and aluminum.

9. An assembly comprising a laser source adapted to generate pulsed laser beams and a spark gap according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the spark gap comprises a lens arranged in an axial direction of the anode and positioned relative to the laser source so as to focus a pulsed laser beam through the anode towards the cathode, the laser source being adapted to generate pulsed laser beams of less than 5 ns duration.

10. The assembly of claim 9 wherein the laser source and the lens are designed so as to illuminate the cathode with a density at most equal to 35 mJ / mm 2, preferably between, and including, 10 and 20 mJ / mm2.15