RU214549U1 - Газоразрядная камера плазменного фокуса - Google Patents

Газоразрядная камера плазменного фокуса Download PDF

Info

Publication number
RU214549U1
RU214549U1 RU2022122906U RU2022122906U RU214549U1 RU 214549 U1 RU214549 U1 RU 214549U1 RU 2022122906 U RU2022122906 U RU 2022122906U RU 2022122906 U RU2022122906 U RU 2022122906U RU 214549 U1 RU214549 U1 RU 214549U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slots
discharge chamber
cathode
gas
insulator
Prior art date
Application number
RU2022122906U
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Геннадьевич Андреев
Олег Николаевич Битев
Екатерина Александровна Козлова
Игорь Николаевич Литвинов
Илья Александрович Прокуратов
Алексей Николаевич Селифанов
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Application granted granted Critical
Publication of RU214549U1 publication Critical patent/RU214549U1/ru

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к плазменной технике, к устройствам для генерации нейтронов, в частности к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения, и может быть использована для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений. Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение ресурса работы газоразрядной камеры за счёт сниженного теплового и механического воздействия плазменной оболочки на катод в месте соединения с изолятором. Технический результат достигается тем, что газоразрядная камера плазменного фокуса, содержащая последовательно коаксиально расположенные относительно оси газоразрядной камеры внутренний электрод - анод, цилиндрический изолятор, внешний электрод - катод, при этом электроды газоразрядной камеры анод и катод выполнены в виде коаксиальных расположенных одно в другом тел вращения с криволинейной образующей, соосных оси газоразрядной камеры, анод и катод герметично закреплены с изолятором и имеют электрические контакты для соединения с источником электрического тока, промежуток между анодом и катодом заполнен изотопами водорода, на внутренней поверхности катода вблизи цилиндрического изолятора равномерно и радиально симметрично относительно оси газоразрядной камеры выполнены поперечные прорези, количество прорезей равно шести, размеры прорезей удовлетворяют следующим соотношениям: ширина прорези равна расстоянию между прорезями, глубина прорезей не менее ширины прорезей, длина прорезей не более двух размеров ширины прорези. 1 ил., 1 табл.

Description

Полезная модель относится к плазменной технике, к устройствам для генерации нейтронов, в частности к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения, и может быть использована для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений.
Известен плазменный источник проникающего излучения, состоящий из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и источника электрического питания. Газоразрядная камера состоит из изолятора и газоразрядных электродов в виде коаксиально расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейной образующей, ввод внутреннего электрода имеет диаметр, меньший диаметра рабочей части электрода. С целью равномерного распределения тока в разрядной камере, во внешнем электроде выполнены неоднородности в виде несквозных углублений, равномерно распределенных по поверхности внешнего электрода вблизи ввода внутреннего электрода. Авторское свидетельство СССР №347006, МПК Н05Н 1/06, 09.02.1995.
Недостатком данного источника является небольшой ресурс работы (10-100 кумуляций Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений).
Известен плазменный источник проникающего излучения, содержащий газоразрядную камеру, заполненную изотопами водорода и содержащую газоразрядные электроды, герметично закрепленные в изоляторе, и источник электрического тока, подсоединенный к электродам газоразрядной камеры, на внешнем электроде вблизи изолятора выполнена проточка треугольного сечения по окружности, центр которой находится на оси газоразрядной камеры. Патент РФ на полезную модель №141449, МПК H05H 1/00, 10.06.2014.
Недостатком прототипа является малый ресурс работы газоразрядной камеры из-за высокого теплового и механического воздействия плазменной оболочки на катод в месте соединения с изолятором.
Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение ресурса работы газоразрядной камеры за счет сниженного теплового и механического воздействия плазменной оболочки на катод в месте соединения с изолятором.
Технический результат достигается тем, что газоразрядная камера плазменного фокуса, содержащая последовательно коаксиально расположенные относительно оси газоразрядной камеры внутренний электрод - анод, цилиндрический изолятор, внешний электрод - катод, при этом электроды газоразрядной камеры анод и катод выполнены в виде коаксиальных расположенных одно в другом тел вращения с криволинейной образующей, соосных оси газоразрядной камеры, анод и катод герметично закреплены с изолятором и имеют электрические контакты для соединения с источником электрического тока, промежуток между анодом и катодом заполнен изотопами водорода, на внутренней поверхности катода вблизи цилиндрического изолятора равномерно и радиально симметрично относительно оси газоразрядной камеры выполнены поперечные прорези, количество прорезей равно шести, размеры прорезей удовлетворяют следующим соотношениям: ширина прорези равна расстоянию между прорезями, глубина прорезей не менее ширины прорезей, длина прорезей не более двух размеров ширины прорези.
Схема газоразрядной камеры плазменного фокуса приведена чертеже, где: 1 - анод, 2 - катод, 3 - плазменный фокус, 4 - изолятор, 5 - конденсаторная батарея, 6 - высоковольтный коммутатор, 7 - зарядный резистор, 8 - прорези, 9 - ось газоразрядной камеры.
В таблице представлены сравнительные данные прототипа и предлагаемого устройства - расчетные значения напряженностей электрического поля вблизи изолятора и ресурс работы.
Газоразрядная камера плазменного фокуса содержит последовательно коаксиально расположенные относительно оси 9 газоразрядной камеры внутренний электрод - анод 1, цилиндрический изолятор 4, внешний электрод - катод 2. Металлические газоразрядные электроды анод 1 и катод 2 герметично закреплены с изолятором 4, при этом соблюдается следующее расположение электродов 1, 2 и изолятора 4 относительно оси 9 газоразрядной камеры в области расположения изолятора 4 также как и в прототипе: на оси 9 расположен анод 1, далее от оси 9 герметичное соединение анода 1 с внутренней поверхностью изолятора 4, далее изолятор 4, герметичное соединение изолятора 4 с катодом 2, далее от оси 9 катод 4.
Анод 1 и катод 2 имеют электрические контакты для соединения с источником электрического тока, и подсоединяются к источнику электрического тока, анод 1 является внутренним электродом, катод 2 является внешним электродом. Изолятор 4 имеет цилиндрическую форму и обеспечивает электрическую прочность изоляторного узла и герметичность закрепления газоразрядных электродов анода 1 и катода 2. Промежуток между анодом 1 и катодом 2 заполнен изотопами водорода (дейтерий, тритий или их смесь), электроды газоразрядной камеры имеют форму фигур вращения вокруг оси 9 камеры, на внутренней поверхности катода 2 вблизи цилиндрического изолятора 4 равномерно и радиально симметрично относительно оси 9 газоразрядной камеры выполнены поперечные прорези 8, количество прорезей 8 не менее шести, размеры прорезей 8 удовлетворяют следующим соотношениям: ширина прорези 8 dп равна расстоянию между прорезями 8 dм, глубина прорезей 8 hп не менее ширины прорезей 8, длина прорезей не более двух размеров ширины прорези 8.
Электроды газоразрядной камеры анод 1 и катод 2 выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом тел вращения с криволинейной образующей и соосных оси 9 газоразрядной камеры. Электроды газоразрядной камеры анод 1 и катод 2 могут иметь любую форму фигур вращения вокруг оси 9 камеры, позволяющую обеспечивать развитие электрического разряда в газоразрядной камере, на фиг.1 для иллюстрации представлен вариант электродов сферической формы с восемнадцатью прорезями 8.
По изолятору 4 происходит электрический пробой газа, наполняющего газоразрядную камеру, и формируется плазменная оболочка, затем двигающаяся с ускорением между электродами 1, 2 до формирования плазменного фокуса 3 на оси 9 газоразрядной камеры. Прорези 8, расположенные равномерно вокруг изолятора 4, являются обострителями электрического поля и используются для формирования равномерного электрического пробоя газа по изолятору 4. Форма прорезей 8 одинаковая для всех прорезей 8. Газоразрядные электроды 1 и 2, разделенные изолятором 4, присоединяются к источнику электрического тока.
Источник электрического тока содержит конденсаторную батарею 5, высоковольтный коммутатор 6 и зарядный резистор 7. Конденсаторная батарея 5 заземленными обкладками электрически соединена с внешним газоразрядным электродом катодом 2, заряжаемые обкладки конденсаторной батареи 5 электрически соединены с зарядным резистором 7, через который осуществляется зарядка от внешнего источника напряжения («+»), и с высоковольтным коммутатором 6. Высоковольтный коммутатор 6 электрически соединен с внутренним газоразрядным электродом анодом 1, внешний газоразрядный электрод 2 заземлен. Схема подключения показана на чертеже.
Газоразрядная камера соединяется жестким цанговым соединением с источником электрического тока, цанговое соединение используется для удобства разъединения камеры от источника и для обеспечения равномерной подачи тока от источника тока на электроды 1, 2. Все элементы источника тока (конденсаторная батарея 5, высоковольтный коммутатор 6, зарядный резистор 7) жестко закреплены в едином корпусе болтовыми соединениями для обеспечения надежности электрических контактов и защиты от воздействия внешних факторов.
Устройство работает следующим образом.
После подачи импульса запуска «Пуск» и срабатывания высоковольтного коммутатора 6, предварительно заряженная через зарядный резистор 7 конденсаторная батарея 5 разряжается на электроды 1, 2 газоразрядной камеры, состоящей из двух коаксиально расположенных металлических газоразрядных электродов 1 и 2, разделенных изолятором 4. В газоразрядной камере по изолятору 4 происходит формирование электрического разряда в виде плазменной оболочки. Под действием электродинамической силы плазменная оболочка открывается от изолятора 4 и движется с ускорением между газоразрядными электродами 1 и 2. Затем, плазменная оболочка сжимается на оси 9 газоразрядной камеры и формируется разряд типа плазменный фокус 3, который является источником нейтронного и рентгеновского излучений.
Стабильность процессов формирования плазменной оболочки при пробое по изолятору 4 являются определяющей для формирования однородной плазменной оболочки. Однородность плазменной оболочки обеспечивает стабильное формирование плазменного фокуса 3 и получение максимального выхода нейтронного и рентгеновского излучений. Однородность плазменной оболочки связана со скоростью развития пробоя по изолятору 4 в газоразрядной камере, то есть с пространственным распределением первичных свободных электронов и напряженностью электрического поля у изолятора 4. Целесообразно обеспечивать наибольшее значение напряженности электрического поля у изолятора 4.
Обычно увеличение напряженности электрического поля обеспечивается применением специальной конструкции электродов 1 и 2 вблизи цилиндрического изолятора 4 (острые кромки, проточки треугольного сечения и т.п.). В случае применения острых кромок, проточек и т.п. усилители (обострители) электрического поля располагаются поперек движения плазменной оболочки и подвергаются температурному и механическому воздействию плазмы плазменной оболочки. На этапе отрыва плазменной оболочки от цилиндрического изолятора 4, разрядный ток, сформированный в результате разряда конденсаторной батареи 5, протекает по тонкому слою (скин-слой) на поверхности электродов 1 и 2. Значение разрядного тока на этом этапе составляет от десятков до нескольких сотен килоампер. Это обеспечивает температуру плазменной оболочки на уровне 1÷10 эВ (1,16⋅104÷1,16⋅105 К). В газоразрядной камере после прохождения оболочки и ее взаимодействия с внутренней поверхностью электродов 1 и 2, наблюдаются следы подплавления электродов 1 и 2. Поэтому при каждом формировании плазменной оболочки происходит механическое и тепловое воздействие на обострители напряженности электрического поля, находящиеся на пути движения плазменной оболочки на электродах 1 и 2 (как правило, внешний электрод 2 является катодом и усилители поля располагаются на этом электроде). При их деформации распределение напряженности электрического поля искажается, что приводит к ухудшению условий формирования плазменной оболочки. Поэтому ресурс работы газоразрядной камеры (количество рабочих включений) снижается.
В предлагаемой конструкции напряженность электрического поля увеличивается за счет снятия части материала (внесение прорезей 8 в конструкцию) газоразрядного электрода - катода 2. При выполнении прорезей 8 образовавшиеся поперечные грани приводят к локальному усилению электрического поля, при расположении прорезей 8 равномерно вокруг изолятора 4, электрическое поле усилится со всех сторон, что приведет к оптимальной работе устройства. В данном случае усиление (обострение) электрического поля обеспечивается без размещения на пути плазменной оболочки дополнительных элементов, движение плазменной оболочки происходит по поверхности электрода 2 над прорезями 8, что приводит к отсутствию или к существенному уменьшению деформации геометрии прорезей 8 в процессе работы, и, следовательно, к увеличению ресурса работы устройства. Поскольку усиление (обострение) электрического поля происходит на поперечных гранях прорезей 8, равномерность усиления электрического поля со всех сторон изолятора 4 обеспечивается одинаковым расстоянием между всеми поперечными гранями прорезей 8, что выполняется при равенстве ширины прорези dп и расстояния между прорезями dм, то есть dп=dм. Глубина прорези hп выбирается исходя из толщины газоразрядного электрода 2 и должна быть не меньше ширины прорези dп для получения максимального обострения электрического поля, то есть: hп ≥ dп. Количество прорезей 8 определяется диаметром используемого цилиндрического изолятора 4 и рабочим током источника электрического тока. С увеличением тока и с увеличением диаметра цилиндрического изолятора 4 количество прорезей 8 увеличивается. С целью обеспечения равномерности усиления электрического поля со всех сторон изолятора 4 и с учетом волокнистой структуры плазменной оболочки количество прорезей 8 должно быть не менее шести. Длина прорезей 8 lп определяется формой катода и не более двух размеров ширины прорези 8: lп ≤ 2dп.
Для сравнения эффективности работы типовых конструкций прототипа и полезной модели рассмотрены два вариантов конструкции газоразрядной камеры: плазменных источников проникающего излучения с разрядной камерой с обострителем электрического поля в виде проточки треугольного сечения (прототип) и с газоразрядной камерой с обострителем электрического поля в виде шести и восемнадцати прорезей 8. Результаты сравнения представлены в Таблице. Расчетное значения напряженности электрического поля вблизи изолятора на катоде в рассматриваемых случаях составляет ≈3,7×107 В/м при значения зарядного напряжения конденсаторной батареи 20 кВ источника тока. При использовании проточки треугольного сечения увеличение эффективности работы газоразрядной камеры сопровождалось уменьшением ресурса работы источника из-за механического и теплового воздействия плазменной оболочки на обостритель и его разрушения. Экспериментальные значения ресурса работы газоразрядной камеры в прототипе составляют от 100 до 180 включений. В случае использования обострителя электрического поля в виде поперечных прорезей 8, расположенных на газоразрядном электроде 2 равномерно вокруг цилиндрического изолятора 4, в оптимальных условиях (dп=dм и hп ≥ dп) наблюдалась эффективность работы плазменного источника, аналогичная случаю использования острой кромки, но ввиду отсутствия непосредственного контакта обострителя с плазменной оболочкой разрушение обострителя не наблюдалось, в результате чего ресурс работы (количество рабочих включений) газоразрядной камеры плазменного фокуса увеличен и составлял от 200 до 500 включений.
Таким образом, в полезной модели достигается заявленный технический результат, а именно увеличение ресурса работы газоразрядной камеры из-за сниженного теплового и механического воздействия плазменной оболочки на катод в месте соединения с изолятором.
Газоразрядная камера плазменного фокуса
Напряженность электрического поля в области обострителя (зарядное напряжение 20 кВ), В/м Ресурс (количество рабочих включений)
Плазменный источник проникающего излучения с газоразрядной камерой с обострителем электрического поля в виде проточки треугольного сечения (прототип) 3,7×107 (100÷180)
Газоразрядная камера плазменного фокуса с обострителем электрического поля в виде шести прорезей 3,7×107 (200÷500)
Газоразрядная камера плазменного фокуса с обострителем электрического поля в виде восемнадцати прорезей 3,6×107 (200÷500)

Claims (1)

  1. Газоразрядная камера плазменного фокуса, содержащая последовательно коаксиально расположенные относительно оси газоразрядной камеры внутренний электрод - анод, цилиндрический изолятор, внешний электрод - катод, при этом электроды газоразрядной камеры анод и катод выполнены в виде коаксиальных расположенных одно в другом тел вращения с криволинейной образующей, соосных оси газоразрядной камеры, анод и катод герметично закреплены с изолятором и имеют электрические контакты для соединения с источником электрического тока, промежуток между анодом и катодом заполнен изотопами водорода, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности катода вблизи цилиндрического изолятора равномерно и радиально симметрично относительно оси газоразрядной камеры выполнены поперечные прорези, количество прорезей равно шести, размеры прорезей удовлетворяют следующим соотношениям: ширина прорези равна расстоянию между прорезями, глубина прорезей не менее ширины прорезей, длина прорезей не более двух размеров ширины прорези.
RU2022122906U 2022-08-26 Газоразрядная камера плазменного фокуса RU214549U1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU214549U1 true RU214549U1 (ru) 2022-11-03

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115724594A (zh) * 2022-11-28 2023-03-03 宁波云涂科技有限公司 一种光伏幕墙炫彩玻璃的加工方法及其设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001037309A1 (en) * 1999-11-18 2001-05-25 Cymer, Inc. Plasma focus light source with improved pulse power system
US6297594B1 (en) * 1999-02-02 2001-10-02 Nissin Electric Co., Ltd Plasma source ion implanting apparatus using the same
RU2297117C1 (ru) * 2005-08-15 2007-04-10 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Устройство для получения импульсного рентгеновского и нейтронного излучения
RU2342810C1 (ru) * 2007-05-17 2008-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Плазменный источник проникающего излучения
RU141449U1 (ru) * 2014-03-04 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Плазменный источник проникающего излучения
RU2743572C1 (ru) * 2020-09-04 2021-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" Высокояркостный источник коротковолнового излучения (варианты)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6297594B1 (en) * 1999-02-02 2001-10-02 Nissin Electric Co., Ltd Plasma source ion implanting apparatus using the same
WO2001037309A1 (en) * 1999-11-18 2001-05-25 Cymer, Inc. Plasma focus light source with improved pulse power system
RU2297117C1 (ru) * 2005-08-15 2007-04-10 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Устройство для получения импульсного рентгеновского и нейтронного излучения
RU2342810C1 (ru) * 2007-05-17 2008-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Плазменный источник проникающего излучения
RU141449U1 (ru) * 2014-03-04 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Плазменный источник проникающего излучения
RU2743572C1 (ru) * 2020-09-04 2021-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" Высокояркостный источник коротковолнового излучения (варианты)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115724594A (zh) * 2022-11-28 2023-03-03 宁波云涂科技有限公司 一种光伏幕墙炫彩玻璃的加工方法及其设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Moak et al. Duo plasmatron ion source for use in accelerators
WO1988008198A1 (en) Plasma focus apparatus with field distortion elements
US3406349A (en) Ion beam generator having laseractivated ion source
RU214549U1 (ru) Газоразрядная камера плазменного фокуса
US3660715A (en) Ion source with mosaic ion extraction means
RU187270U1 (ru) Импульсный генератор нейтронов
RU141449U1 (ru) Плазменный источник проникающего излучения
Sereda et al. The plasma parameters of Penning discharge with negatively biased metal hydride cathode at longitudinal emission of H–ions
Conrads Dense plasma focus as a neutron source for fusion research
RU185318U1 (ru) Плазменный источник проникающего излучения
Inoue et al. Acceleration of 1 MeV, 100 mA Class H− ion beams in a proof-of-principle accelerator for ITER
RU2754347C1 (ru) Источник импульсных электронных пучков
US3532915A (en) High frequency ion source formed by a discharge between a secondary-emitting electrode and a grid
RU2297117C1 (ru) Устройство для получения импульсного рентгеновского и нейтронного излучения
Freeman et al. Magnetic flux compression generator powered electron beam experiments
JP2988764B2 (ja) 直流電圧型加速器の加速管
Moiseenko et al. Control of the runaway electron flow in torsatron
Oreshko The combined discharge for receiving of neutrons
Kassel et al. Soviet research and development of high-power gap switches
Fumelli et al. The annular duopigatron and the direct recovery of the charged beam fraction
US3667058A (en) Electrostatic accelerated-charged-particle deflector
CA1040735A (en) Generation of corona for laser excitation
Chepusov et al. Investigation of Annular Explosive-Emission Cathodes of the Conductor–Insulator Structure
Chatterjee Charging up effect in triple GEM detector
Meena et al. Pseudospark switch development for pulse power modulators