RU203340U1 - Controlled gas-filled arrester - Google Patents
Controlled gas-filled arrester Download PDFInfo
- Publication number
- RU203340U1 RU203340U1 RU2020139487U RU2020139487U RU203340U1 RU 203340 U1 RU203340 U1 RU 203340U1 RU 2020139487 U RU2020139487 U RU 2020139487U RU 2020139487 U RU2020139487 U RU 2020139487U RU 203340 U1 RU203340 U1 RU 203340U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- spark gap
- laser radiation
- window
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T14/00—Spark gaps not provided for in groups H01T2/00 - H01T13/00
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области импульсной техники и представляет собой управляемый газонаполненный разрядник, который может использоваться в качестве первичного коммутатора сильноточных импульсных электрофизических устройств, например, ускорителей электронов. Управляемый разрядник содержит соосные анод, катод и окно для ввода лазерного излучения, размещенные в герметичном корпусе, объем которого заполнен газом с давлением от 0,1 МПа до 10 МПа. Анод и катод выполнены из нержавеющей стали в виде тел вращения. Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности срабатывания, снижение времени задержки срабатывания и увеличение срока службы управляемого разрядника.Технический результат достигается тем, что лазерное излучение вводится в управляемый разрядник по оси электродов через окно, расположенное за катодом. В катоде выполнено сквозное отверстие с диаметром, минимально необходимым для фокусировки лазерного излучения на аноде. Тем самым достигается более быстрое перекрытие разрядного промежутка за счет использования катодонаправленного стримера с анода. Расположение окна за катодом с минимально необходимым для фокусировки отверстием и использование вставки из вольфрамового сплава на аноде в области фокусировки лазерного излучения снижает вероятность запыления окна ввода излучения продуктами эрозии электродов. Тем самым достигается увеличение срока службы разрядника.The utility model relates to the field of pulsed technology and is a controlled gas-filled spark gap that can be used as a primary switch for high-current pulsed electrophysical devices, for example, electron accelerators. The controlled spark gap contains a coaxial anode, a cathode and a window for inputting laser radiation, placed in a sealed housing, the volume of which is filled with gas with a pressure from 0.1 MPa to 10 MPa. The anode and cathode are made of stainless steel in the form of bodies of revolution. The technical result of the utility model is an increase in the stability of operation, a decrease in the response delay time and an increase in the service life of the controlled spark gap. The technical result is achieved by the fact that laser radiation is introduced into the controlled spark gap along the axis of the electrodes through a window located behind the cathode. A through hole is made in the cathode with a minimum diameter necessary for focusing the laser radiation on the anode. Thus, a faster overlapping of the discharge gap is achieved due to the use of a cathode-directed streamer from the anode. The location of the window behind the cathode with the minimum hole required for focusing and the use of a tungsten alloy insert on the anode in the focusing area of the laser radiation reduces the likelihood of dusting the radiation input window with electrode erosion products. This increases the service life of the arrester.
Description
Полезная модель относится к области импульсной техники и представляет собой управляемый разрядник, который может использоваться в качестве первичного коммутатора сильноточных импульсных электрофизических устройств, например, ускорителей электронов.The utility model relates to the field of pulsed technology and is a controlled spark gap that can be used as a primary switch for high-current pulsed electrophysical devices, for example, electron accelerators.
Известен управляемый разрядник, содержащий катод и анод, расположенные в герметичном диэлектрическом корпусе с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, анод выполнен в виде цилиндрического стакана, внешней стороной обращенный к окну, а дном - к катоду, в дне стакана на оси симметрии разрядника выполнено сквозное отверстие диаметром, минимально достаточным для фокусировки луча лазера на поверхности катода. Объем корпуса разрядника заполнен газом с давлением от 103 Па до 106 Па [Патент Российской Федерации № 196890, МПК H01T 14/00 (2006.01), 19.03.2020]. Недостатком является зажигание лазерной плазмы на катоде, которая используется для инициации стримера для перекрытия разрядного промежутка. Перекрытие разрядного промежутка возможно, как стримером с катода, так и стримером с анода. Катодонаправленный стример с анода имеет большую скорость и временную стабильность, чем анодонаправленный стример с катода [A. H. Guenther, J. R. Bettis / The laser triggering of high-voltage switches //J. Phys. D: Appl. Phys. 1978, 11 1577]. Таким образом, инициирование и использование анодонаправленного стримера c катода для перекрытия разрядного промежутка является основным недостатком такого разрядника, приводящим увеличению задержки и нестабильности срабатывания.Known controllable spark gap containing a cathode and anode, located in a sealed dielectric housing with a window for the input of focused control laser radiation, the anode is made in the form of a cylindrical glass, the outer side facing the window, and the bottom - to the cathode, in the bottom of the glass on the axis of symmetry of the spark gap is made a through hole with a minimum diameter sufficient to focus the laser beam on the cathode surface. The volume of the arrester body is filled with gas with a pressure from 10 3 Pa to 10 6 Pa [Patent of the Russian Federation No. 196890, IPC H01T 14/00 (2006.01), 19.03.2020]. The disadvantage is the ignition of the laser plasma at the cathode, which is used to initiate the streamer to close the discharge gap. Overlapping of the discharge gap is possible both by a streamer from the cathode and by a streamer from the anode. A cathode-directed streamer from the anode has a higher speed and temporal stability than an anode-directed streamer from the cathode [AH Guenther, JR Bettis / The laser triggering of high-voltage switches // J. Phys. D: Appl. Phys. 1978, 11 1577]. Thus, the initiation and use of an anode-directed streamer from the cathode to close the discharge gap is the main disadvantage of such a spark gap, leading to an increase in the delay and instability of operation.
Известен разрядник [Патент США № 6555961B1, H01J 17/30, 23.04.2003], в котором перекрытие разрядного промежутка инициируется с анода с помощью скользящего разряда. При этом отмечается, что разряд с анода создает меньшие повреждения изоляторов, чем аналогичный с катода. Недостатками являются: использование сложной системы генерирования начальных электронов, которые запускают разряд с анода. Другим недостатком является наличие гальванической связи между системой запуска и высоковольтной цепью.Known arrester [US Patent No. 6555961B1, H01J 17/30, 23.04.2003], in which the overlap of the discharge gap is initiated from the anode using a sliding discharge. It is noted that the discharge from the anode creates less damage to the insulators than the similar discharge from the cathode. The disadvantages are: the use of a complex system for generating initial electrons that trigger the discharge from the anode. Another disadvantage is the presence of a galvanic connection between the starting system and the high voltage circuit.
Известен управляемый разрядник [Авторское свидетельство СССР № 1101133, H01T 14/00, 31.03.1982], содержащий, кроме двух основных электродов, промежуточный электрод-мишень с осевым отверстием, который расположен на равном расстоянии между основными электродами. Данное техническое решение позволяет формировать как катодный, так и анодный, более быстрый, стример для перекрытия разрядного промежутка. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.Known controlled spark gap [USSR Inventor's Certificate No. 1101133, H01T 14/00, 03/31/1982], containing, in addition to two main electrodes, an intermediate target electrode with an axial hole, which is located at an equal distance between the main electrodes. This technical solution makes it possible to form both a cathode and anode, faster streamer for overlapping the discharge gap. This technical solution was adopted as a prototype.
Недостатком прототипа является увеличение длины разрядного промежутка за счет введения в него промежуточного электрода-мишени, что приводит к снижению быстродействия и увеличению индуктивности разрядника и/или увеличению рабочего давления при фиксированном межэлектродном расстоянии. Поскольку лазерная плазма зажигается на среднем электроде-мишени, то разные половины разрядного промежутка перекрываются стримерами противоположной направленности. Это значит, что наличие более медленного катодного стримера не исключено полностью.The disadvantage of the prototype is an increase in the length of the discharge gap due to the introduction of an intermediate target electrode into it, which leads to a decrease in the speed and an increase in the inductance of the spark gap and / or an increase in the working pressure at a fixed interelectrode distance. Since the laser plasma is ignited at the middle target electrode, different halves of the discharge gap are overlapped by streamers of the opposite direction. This means that the presence of a slower cathode streamer cannot be completely ruled out.
Задачей полезной модели является повышение стабильности срабатывания, снижение времени задержки срабатывания и увеличение срока службы газонаполненного управляемого разрядника.The task of the utility model is to increase the stability of operation, reduce the response delay time and increase the service life of a gas-filled controlled spark gap.
Технический результат достигается тем, что лазерное излучение вводится в газонаполненный управляемый разрядник по оси электродов через окно, расположенное за катодом. В катоде выполнено сквозное отверстие с диаметром, минимально необходимым для фокусировки лазерного излучения на аноде. Тем самым достигается более быстрое перекрытие разрядного промежутка за счет использования катодонаправленного стримера с анода. Расположение окна за катодом с минимально необходимым для фокусировки отверстием и использование вставки из вольфрамового сплава на аноде в области фокусировки лазерного излучения снижает вероятность запыления окна ввода излучения продуктами эрозии электродов. Тем самым достигается увеличение срока службы разрядника.The technical result is achieved by the fact that laser radiation is introduced into a gas-filled controlled spark gap along the axis of the electrodes through a window located behind the cathode. A through hole is made in the cathode with a minimum diameter necessary for focusing the laser radiation on the anode. Thus, a faster overlapping of the discharge gap is achieved due to the use of a cathode-directed streamer from the anode. The location of the window behind the cathode with the minimum hole required for focusing and the use of a tungsten alloy insert on the anode in the focusing area of the laser radiation reduces the likelihood of dusting the radiation input window with electrode erosion products. Thus, an increase in the service life of the arrester is achieved.
Предлагаемая конструкция газонаполненного управляемого разрядника позволяет формировать импульсы напряжения порядка 200 кВ и выше с длительностью фронта 0,1 нс и менее и разбросом включения относительно запускающего лазерного импульса не хуже 0,3 нс.The proposed design of a gas-filled controlled spark gap makes it possible to generate voltage pulses of the order of 200 kV and higher with a rise time of 0.1 ns or less and a spread of switching on relative to the triggering laser pulse not worse than 0.3 ns.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Сравнение с прототипом позволило выявить совокупность существенных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату, изложенных в формуле на полезную модель. Следовательно, заявленная полезная модель отвечает требованию «новизна».The applicant's analysis of the state of the art, including a search for patents and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that no analogue was found, characterized by features identical to all essential features of the claimed utility model. Comparison with the prototype made it possible to identify a set of essential features in relation to the perceived technical result set forth in the formula for a utility model. Consequently, the declared utility model meets the requirement of "novelty".
Заявленное техническое решение поясняется Фиг.1, на которой представлен разрез разрядника, где:The claimed technical solution is illustrated in Fig. 1, which shows a section of the arrester, where:
1 - лазер;1 - laser;
2 - излучение лазера;2 - laser radiation;
3 - система фокусировки;3 - focusing system;
4 - окно;4 - window;
5 - катод;5 - cathode;
6 - вольфрамовая вставка;6 - tungsten insert;
7 - анод.7 - anode.
Управляемый газонаполненный разрядник состоит из герметичного корпуса, рассчитанного на давление от 0,1 МПа до 10 МПа. В корпусе разрядника соосно установлены анод 7, имеющий в центральной части вольфрамовую вставку 6, и катод 5. Оба электрода изготовлены из нержавеющей стали в виде тел вращения. В катоде выполнено отверстие минимально необходимое для фокусировки запускающего лазерного излучения 2, которое поступает в разрядник через окно 4, расположенное за катодом 5. Лазерное излучение фокусируется на вольфрамовой ставке 6 в аноде 7 с помощью системы фокусировки 3, находящейся вне герметичного корпуса разрядника, что приводит к появлению лазерной плазмы на аноде, из которой под действием электрического поля, приложенного к электродам, формируется катодонаправленный стример. Типичная скорость анодного стримера 109 см/с [Ретер Г. Электронные лавины и пробой а газах. М.: Мир, 1968. 390 с]. Для условий работы разрядника при напряжении 200 кВ и давлении газа, например, азота в 4 МПа, межэлектродный зазор должен быть порядка 10-1 см. Такими образом, время перекрытия разрядного промежутка составит 0,1 нс. Такое или даже меньшее время коммутации было подтверждено специально проведенными авторами заявки исследованиями. При этом нестабильность срабатывания разрядника относительно импульса запускающего лазерного излучения при уровне напряжения питания в 90% от напряжения самопробоя разрядника составила 0,3 нс. Полученная стабильность срабатывания аналогична стабильности трехэлектродного управляемого разрядника, но в последнем случае необходим запускающий импульс с амплитудой 15-50 кВ и требуется обеспечить гальваническую связь между коммутируемой цепью и системой запуска [Shpak V. G., Shunailov, S. A., Yalandin M. I. / Investigations of compact high-current accelerators RADAN-303 synchronization with nanosecond accuracy. // Digest of Technical Papers. Tenth IEEE International Pulsed Power Conference, pp. 544-549 doi:10.1109/ppc.1995.596684].The controlled gas-filled arrester consists of a sealed housing designed for a pressure from 0.1 MPa to 10 MPa. In the housing of the arrester, the
Таким образом, приведенные выше отличительные особенности полезной модели позволяют повысить стабильность и уменьшить задержки срабатывания, а также увеличить срок службы газонаполненного управляемого разрядникаThus, the above-mentioned distinctive features of the utility model make it possible to increase the stability and reduce the response delays, as well as to increase the service life of the gas-filled controlled spark gap.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139487U RU203340U1 (en) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Controlled gas-filled arrester |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139487U RU203340U1 (en) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Controlled gas-filled arrester |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU203340U1 true RU203340U1 (en) | 2021-03-31 |
Family
ID=75356256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020139487U RU203340U1 (en) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Controlled gas-filled arrester |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU203340U1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1101133A1 (en) * | 1982-03-31 | 1985-11-30 | Предприятие П/Я В-2827 | Laser-ignited spark gap |
SU1403174A2 (en) * | 1986-12-19 | 1988-06-15 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова | Method of triggering a discharge device with laser beam |
US6555961B1 (en) * | 2001-09-04 | 2003-04-29 | Sandia Corporation | Anode initiated surface flashover switch |
RU2559027C1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Triggered vacuum gap |
RU183129U1 (en) * | 2018-06-18 | 2018-09-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE |
RU196890U1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-03-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | CONTROLLED DISCHARGE |
-
2020
- 2020-12-02 RU RU2020139487U patent/RU203340U1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1101133A1 (en) * | 1982-03-31 | 1985-11-30 | Предприятие П/Я В-2827 | Laser-ignited spark gap |
SU1403174A2 (en) * | 1986-12-19 | 1988-06-15 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова | Method of triggering a discharge device with laser beam |
US6555961B1 (en) * | 2001-09-04 | 2003-04-29 | Sandia Corporation | Anode initiated surface flashover switch |
RU2559027C1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Triggered vacuum gap |
RU183129U1 (en) * | 2018-06-18 | 2018-09-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE |
RU196890U1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-03-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | CONTROLLED DISCHARGE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bochkov et al. | Sealed-off pseudospark switches for pulsed power applications (current status and prospects) | |
Larsson | Gas-discharge closing switches and their time jitter | |
JPH0452588B2 (en) | ||
US3524101A (en) | Triggering device for spark-gap | |
RU134697U1 (en) | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge | |
Kazakov et al. | Influence of electron beam generation on the parameters and emission characteristics of a constricted arc discharge in a pulsed forevacuum plasma-cathode electron source | |
RU203340U1 (en) | Controlled gas-filled arrester | |
US3207947A (en) | Triggered spark gap | |
Koval et al. | The Effect of Gas on the Development of a Vaccum Arc with a Hollow Anode | |
Shao et al. | Anode and cathode spots in high-voltage nanosecond-pulse discharge initiated by runaway electrons in air | |
US3510713A (en) | Method of and appparatus for producing a highly concentrated beam of electrons | |
RU2646845C2 (en) | Device for forming pulse of high-current electron accelerator | |
Baldanov | Peculiarities of the spark discharge formation at a limiting ballast resistor | |
Dandaron et al. | Experimental study of a negative corona in atmospheric-pressure argon | |
Krasik et al. | High-current electron sources based on gaseous discharges | |
Krastelev et al. | Corona-stabilized gas spark gap switch for a double forming line with 300 kV working voltage | |
RU223870U1 (en) | CONTROLLED VACUUM SWITCH OF COMBINED TYPE | |
RU2237942C1 (en) | Heavy-current electron gun | |
Frants et al. | Ceramic-metal sealed-off pseudospark switch with a trigger unit based on flashover | |
Tsuruta et al. | Charge state and residence time of metal ions generated from a microsecond vacuum arc | |
RU2559022C1 (en) | Pulse ionic accelerator | |
Krokhmal et al. | Electron beam generation in a diode with a gaseous plasma electron source II: Plasma source based on a hollow anode ignited by a hollow-cathode source | |
Frank | Review of superdense glow discharge | |
RU2529879C1 (en) | Cathode plasma flux stabiliser | |
Nikolaev et al. | High-Current Vacuum-Arc Plasma Source for Producing Supersonic Plasma Flows in Magnetic Fields |