RU183129U1

RU183129U1 - CONTROLLED VACUUM DISCHARGE

Info

Publication number: RU183129U1
Application number: RU2018122368U
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Каторов; Владислав Олегович Ревазов; Владимир Петрович Селезнев; Анатолий Игоревич Ядровский; Рустам Халимович Якубов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2018-09-12

Abstract

Полезная модель относится к области импульсной техники, к формированию импульсов токов и напряжения, представляет собой управляемый вакуумный разрядник и может использоваться в качестве коммутатора емкостных накопителей энергии. Разрядник включает герметичный диэлектрический корпус с оптически прозрачным окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, в котором размещена электродная система, состоящая из анода и катода. В аноде на оси разрядника выполнено отверстие цилиндро-коническо-цилиндрической формы, при этом цилиндр большего диаметра обращен к катоду и имеет острые кромки, а диаметр меньшего цилиндра является минимально достаточным для прохождения луча лазера и его фокусировки на поверхности катода. Благодаря указанной конструкции анода, продукты горения разряда катода «привязываются» к внутренней поверхности анода, в меньшей степени осаждаясь на поверхности окна. Техническим результатом полезной модели является повышение ресурсной характеристики разрядника. 1 ил.

The utility model relates to the field of pulsed technology, to the formation of pulses of currents and voltages, is a controllable vacuum discharger and can be used as a switch for capacitive energy storage devices. The arrester includes a sealed dielectric housing with an optically transparent window for inputting focused laser control radiation, in which an electrode system consisting of an anode and a cathode is placed. A cylinder-conical-cylindrical hole is made in the anode on the axis of the spark gap, with a larger cylinder facing the cathode and has sharp edges, and the diameter of the smaller cylinder is minimally sufficient for the laser beam to pass through and focus on the cathode surface. Due to the indicated design of the anode, the combustion products of the cathode discharge are “attached” to the inner surface of the anode, to a lesser extent deposited on the surface of the window. The technical result of the utility model is to increase the resource characteristics of the arrester. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области импульсной техники, к формированию импульсов токов и напряжения, а именно к управляемым вакуумным разрядникам для коммутации больших токов, для использования в качестве коммутаторов емкостных накопителей энергии.The utility model relates to the field of pulsed technology, to the formation of pulses of currents and voltages, namely, to controlled vacuum arresters for switching high currents, for use as switches of capacitive energy storage.

Известен разрядник с лазерным управлением, содержащий корпус, в котором установлены два противостоящих электрода, один из электродов имеет сквозное отверстие, в котором на пути прохождения луча лазера установлено прозрачное окно для ввода луча лазера. Окно закрыто металлизированной пленкой для создания лавинного потока. Авторское свидетельство СССР №1641161, МПК Н01Т 1/20, 15.04.1994. Недостатком является лавинный поток, напыляющий электроды и стенки корпуса, что приводит к аномальным пробоям.A known laser-controlled arrester comprising a housing in which two opposing electrodes are mounted, one of the electrodes has a through hole in which a transparent window for introducing the laser beam is installed on the path of the laser beam. The window is covered with a metallized film to create an avalanche flow. USSR author's certificate No. 1641161, IPC Н01Т 1/20, 04/15/1994. The disadvantage is an avalanche flow, spraying the electrodes and the walls of the housing, which leads to abnormal breakdowns.

Известен вакуумный разрядник, включающий герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему, состоящую из двух электродов, и оптически прозрачное окно для ввода управляющего сфокусированного импульсного оптического излучения по оси симметрии разрядника, в котором оболочка выполнена из корунда, каждый из электродов выполнен со сквозным отверстием для пропуска управляющего излучения, отверстия расположены на оси симметрии разрядника, управляющее излучение фокусируется за пределами межэлектродного промежутка на внутренней поверхности герметичной оболочки, оболочка откачана до давления остаточных газов, обеспечивающего электропрочность коммутируемого промежутка до срабатывания разрядника. Патент Российской Федерации №170782, МПК Н01Т 1/20, Н01Т 14/00, 11.05.2017. Недостатком является диэлектрическая мишень, в связи с чем для срабатывания необходимы большие энергии инициирующего излучения. Также недостатком являются внушительные временные задержки, которыми обладает устройство, возникающие ввиду удаленности катода от места фокусировки оптического излучения.A vacuum discharger is known including a sealed dielectric sheath containing a coaxial electrode system consisting of two electrodes and an optically transparent window for introducing control focused pulsed optical radiation along the symmetry axis of the discharger, in which the sheath is made of corundum, each of the electrodes is made with a through hole for pass control radiation, the holes are located on the axis of symmetry of the spark gap, the control radiation is focused outside the interelectrode mezhutka on the inner surface of the sealed envelope, the envelope is evacuated until a residual gas pressure providing electrical strength dial-up interval arrester. Patent of the Russian Federation No. 170782, IPC Н01Т 1/20, Н01Т 14/00, 05/11/2017. The disadvantage is the dielectric target, and therefore high energies of the initiating radiation are necessary for operation. Also the disadvantage is the impressive time delays that the device has, arising due to the remoteness of the cathode from the focus point of the optical radiation.

Известен управляемый разрядник, содержащий установленные в герметичном изоляционном корпусе противостоящие анод и катод, при этом один из электродов выполнен конической формы. Патент Российской Федерации №119935, МПК H01J 17/64, 27.08.2012. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.Known controlled arrester containing installed in a sealed insulating casing opposing anode and cathode, while one of the electrodes is made in a conical shape. Patent of the Russian Federation No. 119935, IPC H01J 17/64, 08.27.2012. This technical solution was made as a prototype.

Недостатком прототипа является его малый ресурс работы, что обусловлено выбранным диаметром отверстия в аноде, позволяющим распыляющемуся (при срабатывании устройства) материалу катода осаждаться на внутренней поверхности окна для ввода лазерного излучения, поверхности электродов и стенках корпуса, что приводит к перекрытию окна распыляющимся материалом катода и внутренним пробоям, а также значительной эрозией вершины конуса при воздействии лазерного изучения и при работе в электрическом разряде.The disadvantage of the prototype is its small service life, due to the selected diameter of the hole in the anode, which allows the cathode material sprayed (when the device is triggered) to be deposited on the inner surface of the window to introduce laser radiation, the surface of the electrodes and the walls of the housing, which leads to the window being blocked by the sprayed cathode material and internal breakdowns, as well as significant erosion of the top of the cone under the influence of laser study and when working in an electric discharge.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание компактного вакуумного разрядника с лазерным управлением с увеличенным ресурсом работы.The task to which the utility model is directed is the creation of a compact vacuum discharger with laser control with an increased service life.

Техническим результатом полезной модели является повышение ресурсной характеристики разрядника.The technical result of the utility model is to increase the resource characteristics of the arrester.

Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, содержащем катод, выполненный из сплава ВНБ-3, и анод, расположенные в герметичном диэлектрическом корпусе с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, в аноде на оси разрядника выполнено отверстие цилиндро-коническо-цилиндрической формы, при этом цилиндр большего диаметра обращен к катоду и имеет острые кромки, а диаметр меньшего цилиндра является минимально достаточным для прохождения луча лазера и его фокусировки на поверхности катода.The technical result is achieved by the fact that in a controlled vacuum spark gap containing a cathode made of VNB-3 alloy and an anode located in a sealed dielectric casing with a window for inputting focused control laser radiation, a cylinder-conical-cylindrical hole is made in the anode on the axis of the spark gap shape, with the cylinder of larger diameter facing the cathode and has sharp edges, and the diameter of the smaller cylinder is minimally sufficient to pass the laser beam and focus it on the surface to Toda.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез разрядника, где:The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a cross section of a spark gap, where:

1 - технологический диск;1 - technological disk;

2 - кольцо;2 - ring;

3 - окно;3 - window;

4 - анод;4 - anode;

5 - катод;5 - cathode;

6 - лазер;6 - laser;

7 - линза.7 - lens.

Разрядник с лазерным управлением состоит из герметичного корпуса и размещенной в нем электродной системы. Корпус включает технологический диск 1 и кольцо 2, выполненные, например, из алюмооксидной керамики, и окно для ввода оптического излучения 3, обладающее оптической прозрачностью. В корпусе расположены анод 4, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например ВТ1-0, и катод 5, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например ВНБ-3, при этом в аноде на оси разрядника выполнено отверстие цилиндро-коническо-цилиндрической формы, при этом цилиндр большего диаметра обращен к катоду и имеет острые кромки, а диаметр меньшего цилиндра является минимально достаточным для прохождения луча лазера и его фокусировки на поверхности катода.The laser-controlled arrester consists of a sealed housing and an electrode system located in it. The housing includes a technological disk 1 and a ring 2, made, for example, of alumina ceramic, and a window for inputting optical radiation 3 having optical transparency. An anode 4 made of a refractory metal or alloy, for example VT1-0, and a cathode 5 made of a refractory metal or alloy, for example VNB-3, are located in the housing, while a cylinder-conical-cylindrical hole is made in the anode on the axis of the spark gap, in this case, the cylinder of larger diameter faces the cathode and has sharp edges, and the diameter of the smaller cylinder is minimally sufficient for the laser beam to pass through and focus on the cathode surface.

Разрядник работает следующим образом.The arrester operates as follows.

Импульс оптического излучения, испускаемый лазером, проходя через собирающую линзу и окно герметичного корпуса, фокусируется на поверхности катода, что приводит к плавлению и испарению материала катода. Образовавшаяся плазма замыкает промежуток между находящимся под напряжением анодом и заземленным катодом и вызывает коммутацию импульса тока. Благодаря указанной конструкции анода, горение разряда происходит в стороне от оси симметрии разрядника, продукты горения разряда катода «привязываются» к внутренней поверхности анода, в меньшей степени осаждаясь на поверхности окна, тем самым увеличивая ресурс работы разрядника.The optical radiation pulse emitted by the laser, passing through the collecting lens and the window of the sealed housing, focuses on the cathode surface, which leads to melting and evaporation of the cathode material. The resulting plasma closes the gap between the live anode and the grounded cathode and causes the switching of the current pulse. Due to the indicated design of the anode, the combustion of the discharge occurs away from the axis of symmetry of the spark gap, the combustion products of the cathode discharge “attach” to the inner surface of the anode, to a lesser extent deposited on the surface of the window, thereby increasing the life of the spark gap.

Claims

A controlled vacuum spark gap containing a cathode made of VNB-3 alloy and an anode located in a sealed dielectric casing with a window for inputting focused control laser radiation, characterized in that a cylinder-conical-cylindrical hole is made in the anode on the axis of the spark gap In this case, a larger cylinder is facing the cathode and has sharp edges, and the diameter of the smaller cylinder is minimally sufficient for the laser beam to pass through and focus on the cathode surface.