RU171229U1

RU171229U1 - Вакуумный разрядник

Info

Publication number: RU171229U1
Application number: RU2017107321U
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Давыдов; Александр Николаевич Долгов; Рустам Халимович Якубов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2017-05-25

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и сильноточной электронике, в частности к средствам коммутации, и представляет собой вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением, и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем. В герметичной диэлектрической оболочке размещена коаксиальная электродная система, состоящая из двух полых цилиндрических электродов, вставленных один в другой. Управляющее излучение от импульсного источника оптического излучения с помощью оптически прозрачного окна в оболочке и полостей в электродах фокусируется на поверхности твердотельной мишени. В результате воздействия излучения на материал мишени возникает плазма, которая, распространяясь в пространстве, создает проводящую среду в межэлектродном пространстве, и осуществляется коммутация разрядника. Особая форма электродов предотвращает прямое попадание продуктов эрозии электродов, возникающих в процессе горения разряда, из области горения разряда на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода управляющего оптического излучения, что позволяет увеличить ресурс разрядника. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и сильноточной электронике, в частности к средствам коммутации, и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем.

Известен разрядник с лазерным поджигом, содержащий в корпусе с окном для ввода луча поджигающего лазера два противостоящих основных электрода, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив окна в корпусе, и собирающую линзу, установленную между поджигающим лазером и указанным основным электродом с отверстием, фокус которой расположен в промежутке между основными электродами, при этом между основными электродами установлен дополнительно введенный электрод-мишень со сквозным отверстием, расположенным соосно со сквозным отверстием основного электрода, причем средняя точка на оси отверстия электрода-мишени расположена в фокусе указанной линзы. Авторское свидетельство SU 1101133, МПК H01T 14/00, 30.11.1985. В разряднике используется эффект лазерной искры в среде газа высокого давления для создания сгустка плазмы в межэлектродном промежутке, реализация которого требует достижения интенсивности излучения оптического диапазона в фокусе собирающей линзы порядка 10¹¹ Вт/см² и выше [1, 2]. В тоже время для создания на поверхности твердотельной мишени плазмы, которая расширяясь в вакуум создает в пространстве между электродами вакуумного разрядника проводящую среду, достаточно достигнуть интенсивности порядка 10⁸-10⁹ Вт/см² в пятне фокусировки [3]. Указанное техническое решение упрощает проблему компактности коммутирующего устройства в целом, т.к.

снижается на два порядка величины требуемый уровень энергии лазерного излучения при той же длительности его импульса, следовательно, снижается на два порядка величины уровень энергии, первоначально запасаемой в импульсном источнике, питающем систему накачки лазера, следовательно, становится возможным значительно уменьшить размеры системы, обеспечивающей по джиг разряда.

Известен управляемый разрядник в двухэлектродном исполнении, расположенный в откачанном корпусе, в котором катод выполнен из сплава ВНБ-3, в корпусе установлено прозрачное окно для ввода луча лазера, анод выполнен с отверстием, а в центре катода из сплава ВНБ-3 сформировано острие. Патент на полезную модель RU 119935, МПК H01J 17/64, 25.05.2012. Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что продукты эрозии электродов, образующиеся в процессе горения разряда между ними, будут беспрепятственно достигать прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода луча лазера, и осаждаться на его поверхности, снижая прозрачность окна и ограничивая тем самым ресурс разрядника.

Задачей полезной модели является создание компактного вакуумного электроразрядного коммутирующего устройства, отличающегося повышенным ресурсом. Коммутирующее действие предлагаемого устройства основано на создании токопроводящей среды в межэлектродном промежутке разрядника за счет заполнения плазмой, возникающей под действием импульса управляющего сфокусированного оптического излучения импульсного источника на поверхность твердотельной мишени при достигаемой интенсивности порядка 10⁹ Вт/см² в пятне фокусировки. Особая форма электродов предотвращает прямое попадание продуктов эрозии электродов, возникающих в процессе горения разряда, из области горения разряда на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода управляющего оптического излучения.

Технический результат заключается в увеличении ресурса разрядника за счет уменьшения потока вещества, напыляемого на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода управляющего оптического излучения.

Вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением импульсного источника, включает герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему из двух электродов и включающую оптически прозрачное окно для ввода управляющего сфокусированного импульсного оптического излучения по оси симметрии разрядника. Внутри оболочки на оси симметрии разрядника за пределами межэлектродного промежутка в точке фокуса расположена мишень из тугоплавкого материала. Электроды выполнены в виде соосных полых цилиндров для пропуска управляющего излучения в направлении мишени, оси цилиндров совпадают с осью симметрии разрядника, одно из оснований каждого цилиндра переходит в плоский токовод. Электроды вставлены один в другой таким образом, что зазор между тоководами должен обеспечивать электропрочность промежутка, а основания электродов, не сопряженные с тоководами, расположены в одной плоскости и в зоне прямой видимости из точки фокусировки управляющего излучения на мишени. Давление внутри герметичной оболочки разрядника составляет 10^-2-10⁰ Па.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где 1 - герметичная диэлектрическая оболочка; 2 - оптически прозрачное окно; 3, 4 - цилиндрические электроды, 5, 6 - тоководы, 7 - мишень, 9 - фокусирующий оптический элемент, 9 - внешний импульсный источник управляющего оптического излучения.

Вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением импульсного источника, состоит из герметичной диэлектрической оболочки 1, откачанной до давления 10^-2-10⁰ Па. В оболочке имеется оптически прозрачное окно 2, а внутри нее помещается коаксиальная электродная система, состоящая из двух цилиндрических электродов 3 и 4. Электроды одними своими основаниями сопряжены с тоководами 5 и 6. Другими своими основаниями электроды обращены к твердотельной мишени 7, на поверхности которой при помощи оптического элемента 8 (собирающей линзы, видикона и т.п.) фокусируется управляющее излучение от импульсного источника 9. Фокусировка управляющего излучения также может осуществляться при помощи окна 2, выполненного в виде фокусирующего оптического элемента, например плоско-выпуклой линзы, выпуклая сторона которой находится на внешней поверхности оболочки.

Вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением импульсного источника, работает следующим образом. Излучение оптического диапазона, испускаемое импульсным источником, фокусируется на поверхности мишени. Диаметр пятна фокусировки, получаемого с помощью, например, собирающей линзы с фокусным расстоянием порядка нескольких сантиметров, составит несколько десятых квадратного миллиметра [4]. При энергии излучения 10^-3-10^-2 Дж в импульсе длительностью 10^-9-10^-8 с, что обеспечивают коммерческие серийно выпускаемые компактные твердотельные оптические квантовые генераторы со светодиодной накачкой, плотность потока энергии излучения на мишени может быть доведена до уровня 10⁸-10¹⁰ Вт/см². При таком уровне интенсивности излучения, падающего на поверхность твердотельной мишени, и под его воздействием на материал оболочки происходит образование плазмы, которая, распространяясь в пространстве, создает проводящую среду между электродами, осуществляя коммутацию разрядника. Особая форма электродов предотвращает прямое попадание продуктов эрозии электродов, возникающих в процессе горения разряда, из области горения разряда на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, за счет чего повышается ресурс разрядника.

Используемая литература

1. Островская Г.В., Зайдель А.Н. Лазерная искра в газах // УФН, 1973, Т. 111, с. 579.

2. Райзер Ю. П. Оптические разряды // УФН, 1980, Т. 132, с. 549.

3. Ананьин О.Б. и др. Лазерная плазма. Физика и применения: Монография. - М.: МИФИ, 2003. - С. 10, 186.

4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1974. - С. 239.

Claims

1. Вакуумный разрядник, включающий герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему из двух электродов и включающую оптически прозрачное окно для ввода управляющего сфокусированного импульсного оптического излучения по оси симметрии разрядника, отличающийся тем, что внутри оболочки на оси симметрии разрядника за пределами межэлектродного промежутка в точке фокуса расположена мишень из тугоплавкого материала, электроды выполнены в виде соосных полых цилиндров для пропуска управляющего излучения в направлении мишени, оси цилиндров совпадают с осью симметрии разрядника, одно из оснований каждого цилиндра переходит в плоский токовод, электроды вставлены один в другой таким образом, что зазор между тоководами обеспечивает электропрочность промежутка, а основания электродов, не сопряженные с тоководами, расположены в одной плоскости и в зоне прямой видимости из точки фокусировки управляющего излучения на мишени, давление внутри герметичной оболочки разрядника составляет 10^-2-10⁰ Па.

2. Вакуумный разрядник по п. 1, отличающийся тем, что оптический элемент, фокусирующий управляющее излучение на мишени, расположен за пределами герметичной оболочки.

3. Вакуумный разрядник по п. 1, отличающийся тем, что окно выполнено в виде оптического элемента, фокусирующего управляющее излучение на мишени.