RU2119715C1

RU2119715C1 - High-voltage pulse generator

Info

Publication number: RU2119715C1
Application number: RU96122205A
Authority: RU
Inventors: Ф.Я. Загулов; В.В. Кладухин; С.П. Храмцов; В.А. Байнов
Original assignee: Государственное предприятие Специальное конструкторское бюро научного приборостроения
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-09-27

Abstract

FIELD: apparatuses for electrophysics including those generating heavy-current pulsed electron beams with short rise time. SUBSTANCE: pulse generator has long line, spark gap one of whose electrodes has projection and other one, recess; mentioned projection of one electrode is placed in recess of other electrode, foot of mentioned projection and edge of mentioned recess are rounded off and form spark gap; electrode projection and recess may be cylindrical, spherical, or conical, or else, projection of one electrode may be cylindrical and recess of other electrode, conical, or vice versa. EFFECT: reduced rise time of output pulse, improved operating reliability, increased output voltage. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области получения мощных высоковольтных импульсов напряжения с коротким фронтом и предназначено для использования в электрофизической аппаратуре, в частности, в технике формирования сильноточных импульсных пучков электронов. The invention relates to the field of obtaining high-power high-voltage voltage pulses with a short front and is intended for use in electrophysical equipment, in particular, in the technique of forming high-current pulsed electron beams.

Известен генератор импульсных напряжений, включающий основную длинную линию, вход которой является входом генератора, а выход через разрядник соединен с выходом генератора, и аккумулятор энергии в виде конденсатора, подключенного параллельно выходу основной длинной линии (Г.А.Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов. -М.: Советское Радио, 1974 с.131. рис. 7.8). A pulse voltage generator is known, including a main long line, the input of which is the input of the generator, and the output through the arrester is connected to the output of the generator, and an energy accumulator in the form of a capacitor connected in parallel with the output of the main long line (G.A. Month. Generation of powerful nanosecond pulses. -M .: Soviet Radio, 1974 p.131. Fig. 7.8).

При использовании известного генератора в качестве источника питания в сильноточной импульсной электрофизической аппаратуре, в частности, в электронных пушках, важнейшим требованием является получение минимально возможного времени коммутации разрядника и, соответственно, минимальной длительности фронта выходного импульса. Укорочение длительности фронта особенно сложно обеспечить на низкоомной нагрузке, так как длительность фронта выходного импульса генератора обратно пропорциональна величине сопротивления нагрузки. Наличие в известном генераторе указанного конденсатора обеспечивает укорочение фронта импульса, но введение конденсатора как дополнительного конструктивного элемента усложняет конструкцию и ухудшает надежность этого генератора, увеличивая вероятность пробоя в месте соединения конденсатора с разрядником при высоких напряжениях и ограничивает возможность повышения выходного напряжения. When using the known generator as a power source in high-current pulsed electrophysical equipment, in particular, in electron guns, the most important requirement is to obtain the minimum possible switching time of the spark gap and, accordingly, the minimum duration of the front of the output pulse. It is especially difficult to shorten the duration of the front at a low-impedance load, since the duration of the front of the generator output pulse is inversely proportional to the value of the load resistance. The presence of the specified capacitor in a known generator provides a shortening of the pulse front, but the introduction of a capacitor as an additional structural element complicates the design and impairs the reliability of this generator, increasing the probability of breakdown at the junction of the capacitor with the spark gap at high voltages and limits the possibility of increasing the output voltage.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является генератор импульсов высокого напряжения, включающий основную длинную линию, вход которой является входом генератора, а выход через разрядник соединен с выходом генератора, и аккумулятор энергии в виде двух конденсаторов, один из которых подключен параллельно выходу основной длинной линии, другой - параллельно электродам разрядника (Г.А.Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов. -М.: Советское Радио, 1974, с.131, рис. 7.8 и с.132, строки 22-29 сверху). Closest to the proposed invention is a high-voltage pulse generator, including a main long line, the input of which is the input of the generator, and the output through the arrester is connected to the output of the generator, and an energy accumulator in the form of two capacitors, one of which is connected parallel to the output of the main long line, the other - parallel to the spark gap electrodes (G.A.Mesyats. Generation of powerful nanosecond pulses. -M.: Soviet Radio, 1974, p. 131, fig. 7.8 and p. 132, lines 22-29 from the top).

В генераторе-прототипе, как и в аналоге, обеспечивается укорочение фронта выходного импульса. Однако наличие в генераторе конструктивных элементов сосредоточенной емкости - конденсаторов, в любом случае имеющих индуктивную составляющую сопротивления, ограничивающую верхнюю рабочую частоту конденсатора, ограничивает и возможности укорочения фронта выходного импульса генератора. Соединение с электродами разрядника дополнительных конструктивных элементов - конденсаторов усложняет конструкцию генератора, увеличивает вероятность пробоя при повышенных напряжениях в узле соединения конденсаторов с электродами разрядника и ограничивает величину допустимого высокого напряжения. In the prototype generator, as in the analogue, the front of the output pulse is shortened. However, the presence in the generator of structural elements of concentrated capacitance — capacitors, in any case having an inductive component of resistance that limits the upper working frequency of the capacitor, also limits the possibility of shortening the front of the generator output pulse. The connection with the spark gap electrodes of additional structural elements - capacitors complicates the design of the generator, increases the likelihood of breakdown at high voltages in the junction of the capacitors with the spark gap electrodes and limits the allowable high voltage.

Задачей изобретения является укорочение фронта выходного импульса генератора, особенно на низкоомной нагрузке, повышение надежности работы и выходного напряжения. The objective of the invention is to shorten the front of the output pulse of the generator, especially at low impedance load, increasing the reliability of operation and output voltage.

Для достижения указанной цели в генератор импульсов высокого напряжения, включающий основную длинную линию, вход которой является входом генератора, а выход через разрядник соединен с выходом генератора, и аккумулятор энергии, подключенный параллельно электродам разрядника, в качестве аккумулятора энергии использована дополнительная длинная линия с разомкнутым выходом, сформированная поверхностями электродов разрядника, вход которой совмещен с разрядным промежутком разрядника. To achieve this goal, a high-voltage pulse generator, including a main long line, the input of which is the generator input, and the output through the spark gap is connected to the generator output, and an energy accumulator connected in parallel with the spark gap electrodes, use an additional long line with an open output as an energy accumulator formed by the surfaces of the spark gap electrodes, the input of which is aligned with the discharge gap of the spark gap.

Генератор импульсов высокого напряжения отличается также тем, что для формирования дополнительной длинной линии выступ одного из электродов разрядника расположен в полости другого электрода, а разрядный промежуток расположен в основании выступа за счет, например, повышенной кривизны поверхностей электродов и/или уменьшенного расстояния между электродами в основании выступа в сравнении с другими участками поверхностей электродов. The high voltage pulse generator is also characterized in that for the formation of an additional long line, the protrusion of one of the spark gap electrodes is located in the cavity of the other electrode, and the discharge gap is located at the base of the protrusion due to, for example, increased curvature of the electrode surfaces and / or reduced distance between the electrodes at the base protrusions in comparison with other parts of the electrode surfaces.

Генератор импульсов высокого напряжения отличается еще тем, что поверхности выступа и полости электродов разрядника образуют коаксиальную линию. The high voltage pulse generator is also characterized in that the surface of the protrusion and the cavity of the spark gap electrodes form a coaxial line.

Коаксиальная линия в генераторе импульсов высокого напряжения выполнена с переменным волновым сопротивлением по крайней мере части ее длины. The coaxial line in the high voltage pulse generator is made with a variable wave impedance of at least part of its length.

Генератор импульсов высокого напряжения отличается и тем, что выступ и полость выполнены цилиндрическими по крайней мере на части их длины, с шаровым закруглением конца выступа и дна полости. The high voltage pulse generator is also characterized in that the protrusion and the cavity are cylindrical at least in part of their length, with a spherical rounding of the end of the protrusion and the bottom of the cavity.

Выступу придана цилиндрическая, а полости - коническая форма, или - наоборот. The protrusion is cylindrical, and the cavity is conical, or vice versa.

Полости и выступу придана коническая форма. The cavity and the protrusion are given a conical shape.

Наконец, генератор импульсов высокого напряжения отличается тем, что поверхности выступа и полости электродов разрядника имеют в основном шаровую форму. Finally, the high voltage pulse generator is characterized in that the surfaces of the protrusion and the cavity of the spark gap electrodes are generally spherical in shape.

Выполнение в предложенном техническом решении аккумулятора энергии в виде длинной линии с разомкнутым выходом, сформированной поверхностями электродов разрядника, при одновременном совмещении входа этой линии с разрядным промежутком разрядника позволяет получить новый технический результат. Он заключается в укорочении длительности фронта выходного импульса генератора, особенно для низкоомных нагрузок, только за счет изменения формы электродов разрядника, без использования в генераторе отдельных дополнительных конструктивных элементов. При этом также упрощается конструкция генератора, уменьшается вероятность пробоев, связанных с конструктивным исполнением дополнительного аккумулятора энергии, повышается надежность работы генератора и снимается ограничение на повышение его выходного напряжения. The implementation in the proposed technical solution of the energy accumulator in the form of a long line with an open output formed by the surfaces of the spark gap electrodes, while combining the input of this line with the discharge gap of the spark gap, allows to obtain a new technical result. It consists in shortening the duration of the front of the generator output pulse, especially for low-impedance loads, only by changing the shape of the spark gap electrodes, without using separate additional structural elements in the generator. At the same time, the design of the generator is also simplified, the likelihood of breakdowns associated with the design of the additional energy accumulator is reduced, the reliability of the generator is increased and the restriction on increasing its output voltage is removed.

Описанные выше конкретные конструкции образованной электродами разрядника дополнительной длинной линии равноценны с точки зрения достижения указанного технического результата и решения задачи изобретения. Они отличаются разной сложностью и стоимостью реализации. Наиболее простой конструкцией является выполнение дополнительной длинной линии в виде совмещенных друг с другом цилиндрических выступа и полости, выполненных в разных электродах разрядника и образующих коаксиальную длинную линию. The above specific designs of the additional long line formed by the spark gap electrodes are equivalent in terms of achieving the indicated technical result and solving the problem of the invention. They differ in different complexity and cost of implementation. The simplest design is the implementation of an additional long line in the form of cylindrical protrusions and cavities combined with each other, made in different electrodes of the arrester and forming a coaxial long line.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 - блок-схема генератора; на фиг. 2 - вариант выполнения дополнительной длинной линии, в которой выступ одного электрода разрядника имеет цилиндрическую форму, а полость другого электрода - коническую форму; на фиг. 3 - другой вариант выполнения дополнительной длинной линии, где поверхности выступа и полости электродов разрядника имеют в основном шаровую форму; на фиг. 4 - конструкция импульсного источника электронов, частью которого является предложенное изобретение. The invention is illustrated by drawings: in FIG. 1 is a block diagram of a generator; in FIG. 2 is an embodiment of an additional long line in which the protrusion of one electrode of the arrester has a cylindrical shape, and the cavity of the other electrode has a conical shape; in FIG. 3 is another embodiment of an additional long line, where the surface of the protrusion and the cavity of the spark gap electrodes are generally spherical; in FIG. 4 - design of a pulsed electron source, of which the proposed invention is a part.

Генератор импульсов высокого напряжения (фиг. 1) содержит основную длинную линию 1, входные контакты 2, 3 которой являются входом генератора, разрядник 4 с дополнительной длинной линией 5 и согласующую длинную линию 6, выходные контакты 7, 8 которой являются выходом генератора. На выходе генератора включена нагрузка 9. Основная длинная линия 1, разрядник 4, согласующая длинная линия 6 и нагрузка 9 соединены друг с другом последовательно в указанном порядке. Разрядник 4 содержит электроды 11 и 12, помещенные в заполненное газом, например азотом, пространство 10. Выступ 13 высокопотенциального электрода 11 размещен в соответствующей ему по размеру полости 14 электрода 12. Торцевые поверхности выступа и полости закруглены для устранения возможности пробоя между электродами. Обращенные друг к другу поверхности выступа 13 и полости 14 образуют дополнительную длинную линию 5. Минимальный зазор между электродами 11, 12 выполнен в промежутке 15 между скругленным основанием выступа 13 и скругленным краем полости 14 и является средством инициирования разряда, так что промежуток 15 является разрядным промежутком разрядника 4. Через участки поверхности электродов 11, 12, образующие разрядный промежуток 15, проходят токи разряда обоих длинных линий - 1 и 5. The high voltage pulse generator (Fig. 1) contains the main long line 1, the input contacts 2, 3 of which are the input of the generator, the spark gap 4 with an additional long line 5 and the matching long line 6, the output contacts 7, 8 of which are the output of the generator. The output of the generator includes a load 9. The main long line 1, arrester 4, matching long line 6 and load 9 are connected to each other in series in the specified order. The arrester 4 contains electrodes 11 and 12 placed in a space 10 filled with gas, such as nitrogen. The protrusion 13 of the high-potential electrode 11 is placed in the corresponding cavity 14 of the electrode 12. The end surfaces of the protrusion and the cavity are rounded to eliminate the possibility of breakdown between the electrodes. The surfaces of the protrusion 13 and the cavity 14 facing each other form an additional long line 5. The minimum gap between the electrodes 11, 12 is made in the gap 15 between the rounded base of the protrusion 13 and the rounded edge of the cavity 14 and is a means of initiating a discharge, so that the gap 15 is a discharge gap spark gap 4. Through the surface areas of the electrodes 11, 12, forming the discharge gap 15, the discharge currents of both long lines - 1 and 5.

Параметры дополнительной длинной линии 5 выбираются из условия обеспечения разряда этой линии в течение времени, не превышающего требуемой длительности выходного импульса генератора. Волновое сопротивление дополнительной линии 5 для получения ощутимого эффекта от ее использования должно быть не менее одной десятой величины волнового сопротивления основной длинной линии 1. Оптимальное отношение величины волнового сопротивления линии 5 к величине линии 1 находится в пределах от 0,5 до 1,5. The parameters of the additional long line 5 are selected from the condition of ensuring the discharge of this line for a time not exceeding the required duration of the output pulse of the generator. The wave impedance of the additional line 5 to obtain a tangible effect from its use should be at least one tenth of the wave impedance of the main long line 1. The optimal ratio of the wave impedance of line 5 to the value of line 1 is in the range from 0.5 to 1.5.

Длинные линии 1, 5 и 6 могут быть коаксиальными, полосковыми и других типов. Согласующая длинная линия 6, включенная между разрядником 4 и нагрузкой 9, требуется в случае необходимости согласования величины сопротивления нагрузки 9 с волновым сопротивлением основной длинной линии 1. Разрядник 4 может быть также жидкостным или вакуумным. Long lines 1, 5 and 6 can be coaxial, strip and other types. A matching long line 6, connected between the arrester 4 and the load 9, is required if it is necessary to coordinate the resistance value of the load 9 with the wave impedance of the main long line 1. The arrester 4 can also be liquid or vacuum.

В качестве средства для инициирования разряда в разрядном промежутке 15 вместо уменьшения зазора между электродами может быть использован дополнительный запускающий электрод, соединенный со схемой запуска и размещенный в указанном промежутке (на фиг. не показано). As a means for initiating a discharge in the discharge gap 15, instead of reducing the gap between the electrodes, an additional triggering electrode connected to the triggering circuit and placed in the indicated gap (not shown in Fig.) Can be used.

В представленном на фиг. 2 варианте исполнения коаксиальной длинной линии 5 выступ 13 высокопотенциального электрода 11 разрядника 4 имеет цилиндрическую форму, а полость 14 электрода 12 - коническую, то есть длинная линия 5 имеет переменное волновое сопротивление по ее длине. Кольцевой разрядный промежуток 15 находится в основании выступа 13 и охватывает ось разрядника 4 со всех сторон. В других исполнениях полость 14 может иметь кольцевую форму, а выступ 13 - коническую; выступ и полость могут иметь оба коническую форму; конические поверхности могут быть обращены основаниями в одну или разные стороны (на фиг. не показано). Выступ 13 и полость 14 могут иметь в основном шаровую форму (фиг. 3). Шаровой формы выступ 13 соединен с электродом 11 разрядника 4 с помощью шейки 51, в основании которой находится разрядный промежуток 15. Параметры дополнительной линии 5 в этом случае определяются соотношением радиусов шаровых поверхностей выступа и полости. In the embodiment of FIG. 2 embodiment of the coaxial long line 5, the protrusion 13 of the high potential electrode 11 of the arrester 4 has a cylindrical shape, and the cavity 14 of the electrode 12 is conical, that is, the long line 5 has a variable wave impedance along its length. An annular discharge gap 15 is located at the base of the protrusion 13 and covers the axis of the arrester 4 from all sides. In other implementations, the cavity 14 may have an annular shape, and the protrusion 13 - conical; the protrusion and the cavity can be both conical in shape; conical surfaces can be facing with bases in one or different directions (not shown in Fig.). The protrusion 13 and the cavity 14 can be mainly spherical in shape (Fig. 3). The spherical shape of the protrusion 13 is connected to the electrode 11 of the arrester 4 using a neck 51, at the base of which there is a discharge gap 15. The parameters of the additional line 5 in this case are determined by the ratio of the radii of the spherical surfaces of the protrusion and the cavity.

Дополнительная длинная линия 5 может быть сформирована электродами 11, 12 разрядника 4 так, что ее ось расположена перпендикулярно или под другим углом к оси электродов 11, 12 разрядника 4; один конец (выход) этой линии разомкнут, другой конец (вход) - совмещен с разрядным промежутком, расположенным в этом случае только с одной стороны разрядника 4; обращенные друг к другу поверхности электродов 11, 12 разрядника, образующие длинную линию, могут иметь, например, прямоугольную или частично цилиндрическую форму (на фиг. не показано). An additional long line 5 can be formed by the electrodes 11, 12 of the arrester 4 so that its axis is perpendicular or at a different angle to the axis of the electrodes 11, 12 of the arrester 4; one end (output) of this line is open, the other end (input) is combined with the discharge gap, located in this case only on one side of the spark gap 4; the surfaces of the spark gap electrodes 11, 12 facing each other, forming a long line, can, for example, have a rectangular or partially cylindrical shape (not shown in FIG.).

Изображенный на фиг. 4 источник электронов с предложенным генератором импульсов высокого напряжения содержит размещенный в цилиндрическом металлическом корпусе 16 импульсный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом, встроенный в коаксиальную формирующую основную длинную линию 16, 17. Внешним проводником основной длинной линии является цилиндрический корпус 16 основной длинной линии. Внутренний цилиндрический проводник 17 основной длинной линии размещен по оси корпуса 16 с помощью изоляторов 18, 19. Емкость основной длинной линии между ее внешним 16 и внутренним 17 проводниками играет роль одного из накопительных конденсаторов. Depicted in FIG. 4, the electron source with the proposed high-voltage pulse generator comprises a pulsed transformer with an open magnetic circuit located in a cylindrical metal case 16, integrated in a coaxial forming main long line 16, 17. The outer conductor of the main long line is a cylindrical body 16 of the main long line. The inner cylindrical conductor 17 of the main long line is placed along the axis of the housing 16 using insulators 18, 19. The capacity of the main long line between its outer 16 and inner 17 conductors plays the role of one of the storage capacitors.

Внешняя часть 20 разомкнутого магнитопровода размещена на внутренней поверхности внешнего проводника (корпуса) 16 основной длинной линии, а внутренняя часть 21 расположена на внешней поверхности внутреннего проводника 17 этой линии. Первичная обмотка 22 импульсного трансформатора расположена вблизи внутренней поверхности внешнего проводника 16 основной длинной линии и соединена с ним одним концом (соединение на фиг. не показано). Другой конец первичной обмотки 22 через высоковольтный ввод 23 соединен с выводом коммутирующего элемента 24, второй вывод которого через другой накопительный конденсатор 25 соединен с корпусом 16. Каждая из обкладок конденсатора 25 соединена с одной из клемм 26, 27, являющихся входом источника электронов и, одновременно, входом генератора импульсов высокого напряжения, включающего в данном случае, кроме основной длинной линии 16, 17, также встроенный в нее описанный выше импульсный трансформатор, коммутатор 24 и конденсатор 25. Вторичная обмотка 28 импульсного трансформатора размещена между внешним 16 и внутренним 17 проводниками основной длинной линии, в данном примере исполнения - на конусном каркасе (на фиг. не показан). Обмотка 61 соединена одним концом с внутренним 16, другим - с внешним проводником 17 линии (на фиг. не показано). Внутренняя полость 29 генератора может быть заполнена диэлектрической жидкостью, например трансформаторным маслом (на фиг. не обозначено). The outer part 20 of the open magnetic circuit is located on the inner surface of the outer conductor (housing) 16 of the main long line, and the inner part 21 is located on the outer surface of the inner conductor 17 of this line. The primary winding 22 of the pulse transformer is located near the inner surface of the outer conductor 16 of the main long line and is connected to it by one end (connection in Fig. Not shown). The other end of the primary winding 22 through a high-voltage input 23 is connected to the output of the switching element 24, the second output of which through the other storage capacitor 25 is connected to the housing 16. Each of the plates of the capacitor 25 is connected to one of the terminals 26, 27, which is the input of the electron source and, simultaneously , by the input of a high-voltage pulse generator, including in this case, in addition to the main long line 16, 17, the pulse transformer described above, a switch 24 and a capacitor 25 also built into it. Secondary winding 28 and a pulse transformer is placed between the outer 16 and inner 17 conductors of the main long line, in this embodiment, on a conical frame (not shown in Fig.). The winding 61 is connected at one end to the inner 16, the other to the external conductor 17 of the line (not shown in Fig.). The internal cavity 29 of the generator may be filled with dielectric fluid, for example, transformer oil (not indicated in FIG.).

Внешняя 20 и внутренняя 21 части разомкнутого магнитопровода, а также первичная обмотка 22 импульсного трансформатора имеют цилиндрическую форму, а вторичная обмотка 28 - коническую, показаны эти элементы на фиг. 2 условно, чтобы не усложнять чертеж. The outer 20 and inner 21 parts of the open magnetic circuit, as well as the primary winding 22 of the pulse transformer, are cylindrical, and the secondary winding 28 is conical, these elements are shown in FIG. 2 conditionally so as not to complicate the drawing.

Выходящий за пределы полости 29 конец внутреннего проводника 17 основной длинной линии является высокопотенциальным рабочим электродом 30 газового разрядника 4. Цилиндрический металлический корпус 31 разрядника 4 соединен фланцем 32 с корпусом 16 генератора. Другой рабочий электрод 33 разрядника 4 соединен с согласующей длинной линией 6, цилиндрический металлический корпус 34 которой соединен с корпусом 31 разрядника 4. Цилиндрический высокопотенциальный электрод 30 разрядника 4 содержит цилиндрической формы выступ 35, вставленный в цилиндрической формы полость 36 электрода 33. Торцевые поверхности 37 и 38 выступа 35 и полости 36 закруглены для устранения возможности пробоя между ними. Минимальный зазор между электродами 30, 33 выполнен в кольцевом разрядном промежутке 39 между скругленным основанием выступа 35 и скругленным краем полости 36. Обращенные друг к другу поверхности 40 и 41 выступа 35 и полости 36 образуют дополнительную коаксиальную длинную линию 5, ось которой совпадает с осью электродов 30 и 33. Outside the cavity 29, the end of the main long line inner conductor 17 is a high-potential working electrode 30 of the gas spark gap 4. The cylindrical metal housing 31 of the spark gap 4 is connected by a flange 32 to the generator housing 16. Another working electrode 33 of the arrester 4 is connected to a matching long line 6, the cylindrical metal housing 34 of which is connected to the housing 31 of the arrester 4. The cylindrical high-potential electrode 30 of the arrester 4 contains a cylindrical protrusion 35 inserted into a cylindrical cavity 36 of the electrode 33. End surfaces 37 and 38 of the protrusion 35 and the cavity 36 are rounded to eliminate the possibility of breakdown between them. The minimum gap between the electrodes 30, 33 is made in the annular discharge gap 39 between the rounded base of the protrusion 35 and the rounded edge of the cavity 36. The surfaces 40 and 41 of the protrusion 35 and the cavity 36 facing each other form an additional coaxial long line 5, the axis of which coincides with the axis of the electrodes 30 and 33.

Центральный цилиндрический проводник 42 согласующей линии 6 с помощью изоляторов 43, 44 закреплен в корпусе 34 этой линии. Нагрузкой генератора в рассматриваемом его применении является промежуток катот-анод. Катод 45 источника электронов соединен с выходным концом центрального проводника 42 согласующей линии 6. С корпусом 34 линии 6 соединен металлический корпус 46 вакуумируемой анодной камеры 47, имеющий закрытое металлической фольгой 48 окно 49 для вывода пучка электронов из анодной камеры в атмосферное пространство с целью его последующего использования. Генератор с указанной нагрузкой представляет собой импульсный источник электронов. The Central cylindrical conductor 42 of the matching line 6 using insulators 43, 44 is fixed in the housing 34 of this line. The generator load in its application under consideration is the gap of the cathode-anode. The cathode 45 of the electron source is connected to the output end of the central conductor 42 of the matching line 6. With the casing 34 of the line 6 is connected a metal casing 46 of the evacuated anode chamber 47 having a window 49 closed by a metal foil 48 to output the electron beam from the anode chamber into the atmosphere with a view to its subsequent use. A generator with the indicated load is a pulsed electron source.

Для заполнения жидким диэлектриком полости 29 корпуса 16 служат патрубки 50. Узлы, необходимые для заполнения или продувки рабочим газом, в частности азотом, разрядной полости разрядника 4, а также для вакуумирования полости 47, на фиг. не показаны. The nozzles 50 are used to fill the cavity 29 of the housing 16 with a liquid dielectric. The units necessary for filling or purging with working gas, in particular nitrogen, the discharge cavity of the spark gap 4, as well as for evacuating the cavity 47, in FIG. not shown.

Генератор работает следующим образом. The generator operates as follows.

На вход 2-3 основной длинной линии 1 (фиг. 1) подается импульс напряжения, заряжающий эту линию. Напряжение на ее выходе, то есть на высокопотенциальном электроде 11 разрядника 4 увеличивается, при этом происходит также заряд дополнительной длинной линии 5, сформированной поверхностями электродов 11 и 12 разрядника. Когда напряжение между электродами 11, 12 разрядника нарастает до величины, при которой происходит пробой разрядного промежутка 15 между электродами, линии 1 и 5 разряжаются. Основная линия 1 разряжается на нагрузку 9, создавая в ней высоковольтный выходной импульс напряжения. Нагрузкой дополнительной линии 5 является разрядный промежуток 15 между электродами разрядника. Разряд линии 1 и 5 начинается одновременно. Токи разряда линий 1 и 5 протекают через один и тот же разрядный промежуток 15. Объединение в разрядном промежутке 15 токов разряда основной длинной линии 1 и дополнительной длинной линии 5 и взаимодействие волновых процессов обоих линий обеспечивают модификацию формы выходного импульса генератора и, в частности, укорочение его фронта. Длительность фронта выходного импульса предложенного генератора меньше длительности фронта генератора-прототипа с использованием двух конденсаторов, включенных параллельно разрядному промежутку и выходу основной длинной линии. Надежность предложенного генератора с точки зрения уменьшения вероятности пробоя в несколько раз превышает надежность вышеуказанной конструкции прототипа. At the input 2-3 of the main long line 1 (Fig. 1), a voltage pulse is charged that charges this line. The voltage at its output, that is, at the high-potential electrode 11 of the arrester 4 increases, while an additional long line 5 is also charged, formed by the surfaces of the electrodes 11 and 12 of the arrester. When the voltage between the electrodes 11, 12 of the arrester rises to the value at which the breakdown of the discharge gap 15 between the electrodes occurs, lines 1 and 5 are discharged. The main line 1 is discharged to the load 9, creating a high voltage output voltage pulse in it. The load of the additional line 5 is the discharge gap 15 between the electrodes of the spark gap. The discharge of line 1 and 5 starts simultaneously. The discharge currents of lines 1 and 5 flow through the same discharge gap 15. Combining in the discharge gap 15 the discharge currents of the main long line 1 and the additional long line 5 and the interaction of the wave processes of both lines provide a modification of the shape of the output pulse of the generator and, in particular, shortening his front. The duration of the front of the output pulse of the proposed generator is less than the duration of the front of the prototype generator using two capacitors connected in parallel with the discharge gap and the output of the main long line. The reliability of the proposed generator in terms of reducing the probability of breakdown is several times higher than the reliability of the above prototype design.

В примере исполнения предложенного генератора с волновыми сопротивлениями основной длинной линии - 15 Ом, дополнительной линии - 20 Ом (при ее длине 35 см), согласующей линии - 15 Ом, при выходном напряжении 500 кВ и длительности импульса 50 нс длительность фронта импульса составила 3 нс на нагрузке 15 Ом. В то время как при использовании в известном генераторе конденсатора, подключенного параллельно электродам разрядника, получен выходной импульс с длительностью фронта 7-8 нс на нагрузке 75 Ом (В.В. Кремнев, Г.А. Месяц. Влияние межэлектродной емкости разрядника на крутизну фронта наносекундного импульса//Приборы и техника эксперимента.-1966.-N 1, с.117-119, рис. 3,в.). In the example of the proposed generator with wave impedances of the main long line is 15 Ohms, the additional line is 20 Ohms (with its length 35 cm), the matching line is 15 Ohms, with an output voltage of 500 kV and a pulse duration of 50 ns, the pulse front duration was 3 ns at a load of 15 ohms. While using a capacitor in a well-known generator connected in parallel with the spark gap electrodes, an output pulse with a front duration of 7-8 ns at a load of 75 Ohms was obtained (V.V. Kremnev, G.A. Mesyats. Influence of the electrode gap of the spark gap on the slope of the front nanosecond pulse // Instruments and experimental technique.-1966.-N 1, pp. 117-119, Fig. 3, c.).

Источник электронов с встроенным в него генератором (фиг. 4), работает так. При разомкнутом коммутирующем элементе (например, тиристорном ключе) 24 заряжается накопительный конденсатор 25 напряжением, подаваемым на вход 26, 27 генератора. При замыкании коммутирующего элемента 24 накопленная в конденсаторе 25 энергия перекачивается в основную длинную линию 16. 17. При этом в цепи первичного контура (конденсатор 25, коммутирующий элемент 25, первичная обмотка 22) импульсного трансформатора течет меняющийся по величине ток разряда конденсатора 25. В разомкнутом магнитопроводе 20, 21 возникает меняющийся во времени магнитный поток, создающий на вторичной обмотке 28 трансформатора повышенное напряжение заряда распределенной конструктивной емкости основной длинной линии 16, 17 (накопительного конденсатора этой линии). В процессе заряда емкости линии 16, 17 растет напряжение на вторичной обмотке 28, то есть напряжение на внутреннем проводнике 17 линии и, соответственно, напряжение на высокопотенциальном электроде 30 разрядника 4. Одновременно заряжается дополнительная длинная линия 5 разрядника 4. Когда напряжение между электродами 30, 33 разрядника 4 нарастает до величины, при которой происходит пробой разрядного промежутка 39 между электродами, основная длинная линия 16, 17 и дополнительная длинная линия 5 разряжаются. Нагрузкой дополнительной длинной линии 5 является разрядный промежуток 39 между электродами разрядника. Разряд основной и дополнительной длинных линий начинается одновременно. Токи разряда этих линий протекают через один и тот же разрядный промежуток 39. Основная длинная линия 16, 17 разряжается на нагрузку генератора, которой является в данном случае вакуумированный промежуток катод 45 - анод 49. Наличие выходного импульса напряжения генератора между катодом и анодом вызывает появление на катоде 45 пучка электронов (не показан), который через металлическую фольгу 48 проникает в атмосферное пространство для использования. An electron source with a generator built into it (Fig. 4) works like this. When the switching element is open (for example, a thyristor key) 24, the storage capacitor 25 is charged with the voltage supplied to the input 26, 27 of the generator. When the switching element 24 is closed, the energy accumulated in the capacitor 25 is pumped to the main long line 16. 17. At the same time, the discharge current of the capacitor 25, which varies in magnitude, flows in the primary circuit (capacitor 25, switching element 25, primary winding 22). In open the magnetic circuit 20, 21 there is a time-varying magnetic flux that creates on the secondary winding 28 of the transformer an increased charge voltage of the distributed structural capacity of the main long line 16, 17 (storage capacitor of this line). In the process of charging the capacitance of the line 16, 17, the voltage on the secondary winding 28 increases, that is, the voltage on the inner conductor 17 of the line and, accordingly, the voltage on the high potential electrode 30 of the spark gap 4. An additional long line 5 of the spark gap 4 is simultaneously charged. When the voltage between the electrodes 30, 33 of the spark gap 4 rises to the value at which the breakdown of the discharge gap 39 between the electrodes occurs, the main long line 16, 17 and the additional long line 5 are discharged. The load of the additional long line 5 is the discharge gap 39 between the electrodes of the arrester. The discharge of the main and additional long lines begins simultaneously. The discharge currents of these lines flow through the same discharge gap 39. The main long line 16, 17 is discharged to the generator load, which in this case is the evacuated gap cathode 45 - anode 49. The presence of an output voltage pulse of the generator between the cathode and anode causes the cathode 45 of an electron beam (not shown), which through a metal foil 48 penetrates into the atmospheric space for use.

Claims

1. A high-voltage pulse generator, including a long line, the input of which is the input of the generator, and the output through the arrester is connected to the output of the generator, characterized in that a protrusion is made on one of the electrodes of the arrester and a cavity is located in the other, the specified protrusion of one electrode is placed in cavity of another electrode, while the base of the specified protrusion and the edge of the specified cavity are rounded and form the discharge gap of the arrester.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the protrusion and the cavity of the spark gap electrodes are cylindrical.

3. The generator according to claim 1, characterized in that the protrusion and the cavity of the arrester electrodes are made cylindrical at least for part of their length, with a spherical rounding of the end of the protrusion and the bottom of the cavity.

4. The generator according to claim 1, characterized in that the protrusion of one electrode of the arrester is cylindrical, and the cavity of the other electrode is conical, or vice versa.

5. The generator according to claim 1, characterized in that the cavity and protrusion of the spark gap electrodes are conical.

6. The generator according to claim 1, characterized in that the protrusion and the cavity of the spark gap electrodes are made spherical.