RU2274923C2 - Method for producing beams of fast electrons, ions, atoms, as well as ultraviolet and roentgen rays, ozone, and/or other chemically active molecules in dense gases - Google Patents
Method for producing beams of fast electrons, ions, atoms, as well as ultraviolet and roentgen rays, ozone, and/or other chemically active molecules in dense gases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2274923C2 RU2274923C2 RU2003127683/28A RU2003127683A RU2274923C2 RU 2274923 C2 RU2274923 C2 RU 2274923C2 RU 2003127683/28 A RU2003127683/28 A RU 2003127683/28A RU 2003127683 A RU2003127683 A RU 2003127683A RU 2274923 C2 RU2274923 C2 RU 2274923C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- electrons
- electrode
- gas
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области генерирования пучков заряженных частиц с энергией до сотен кэВ с сопутствующим коротковолновым излучением и может быть использовано для радиационной обработки и стерилизации объектов, возбуждения активных сред и химических реакций, для проведения спектроскопических и диагностических измерений и т.п. в квантовой электронике, плазмохимии, медицинской, пищевой и др. отраслях промышленности, для предпродажной подготовки или подготовки к длительному хранению продуктов питания, а также для дезактивации микроорганизмов в быту, в медицинских учреждениях, в службах быта, в военных подразделениях и в условиях чрезвычайных ситуаций.The invention relates to the field of generation of charged particle beams with energies up to hundreds of keV with concomitant short-wave radiation and can be used for radiation processing and sterilization of objects, excitation of active media and chemical reactions, for spectroscopic and diagnostic measurements, etc. in quantum electronics, plasma chemistry, medical, food and other industries, for pre-sale preparation or preparation for long-term storage of food, as well as for the decontamination of microorganisms in everyday life, in medical institutions, in consumer services, in military units and in emergency situations .
Известны способы получения пучков электронов, ускоренных до энергий от единиц до сотен кэВ в объемных наносекундных газовых разрядах с давлением от 10 Па до атмосферного [1-35]. Во всех случаях генерация быстрых (убегающих) электронов (с энергиями выше соответствующих максимуму ионизационных потерь в данном газе - обычно выше 150 эВ) происходит в газонаполненном промежутке между электродами, расположенными на расстоянии d друг от друга в режиме высоких перенапряжений (разрядное напряжение U на промежутке обычно в 5÷12 раз превышает напряжение статического пробоя Us). При этом в промежутке есть одна область сильного поля, где выполняется условие для убегания электронов, то есть где величина приведенной напряженности электрического поля превосходит некоторое определенное, постоянное для каждого газа пороговое значение (E/N)cr (см. [1]). При достаточно низких давлениях газа (обычно до сотен Па) такой областью является достаточно короткий межэлектродный промежуток, в котором ускорение электронов может происходить даже при длительности импульса приложенного напряжения в десятки, сотни нс и более. Это связано с тем, что режим разряда определяется совокупностью электронных лавин, которые на коротком межэлектродном промежутке не достигают критического размера и разряд не переходит в канальную (стримерную) стадию даже при длинных импульсах прикладываемого напряжения. При дальнейшем увеличении давления газа среднее электрическое поле в межэлектродном промежутке становится резко неоднородным и имеет наибольшее значение вблизи катода, где напряженность поля может превысить критическое для убегания электронов значение и где тогда происходит переход низкоэнергетических электронов разрядной плазмы в режим убегания. При этом в объемных разрядах и разрядах в длинных экранированных трубках [18] при повышении давления газа происходит резкий спад тока пучка быстрых электронов, а при дальнейшем повышении напряжения разряд переходит в стадию обычного стримера (искры) без генерации существенного количества убегающих электронов и рентгеновского излучения. При использовании наносекундных импульсов напряжения с амплитудой до сотен кВ ряду авторов удалось получить пучки убегающих электронов в плотных газах [5, 7, 19, 26-29] с одиночных катодов малой площади и со значительно меньшими токами (до 400 А), чем при низких давлениях.Known methods for producing electron beams accelerated to energies from units to hundreds of keV in volume nanosecond gas discharges with a pressure of 10 Pa to atmospheric [1-35]. In all cases, the generation of fast (runaway) electrons (with energies above the maximum ionization loss in a given gas — usually above 150 eV) occurs in a gas-filled gap between electrodes located at a distance d from each other in the high-voltage mode (discharge voltage U in the gap usually 5 ÷ 12 times the static breakdown voltage Us). Moreover, in the gap there is one region of a strong field where the condition for runaway electrons is fulfilled, that is, where the reduced electric field strength exceeds a certain threshold threshold value (E / N) cr (constant for each gas) (see [1]). At sufficiently low gas pressures (usually up to hundreds of Pa), such a region is a rather short interelectrode gap in which the acceleration of electrons can occur even when the pulse duration of the applied voltage is tens, hundreds of ns or more. This is due to the fact that the discharge mode is determined by a set of electronic avalanches that do not reach a critical size in a short interelectrode gap and the discharge does not go into the channel (streamer) stage even with long pulses of applied voltage. With a further increase in gas pressure, the average electric field in the interelectrode gap becomes sharply inhomogeneous and has the greatest value near the cathode, where the field strength can exceed the critical value for runaway electrons and where then the transition of low-energy electrons from the discharge plasma to the runaway mode occurs. In volume discharges and discharges in long shielded tubes [18], an increase in gas pressure leads to a sharp decrease in the current of the fast-electron beam, and with a further increase in voltage, the discharge passes to the stage of a conventional streamer (spark) without generating a significant amount of runaway electrons and X-ray radiation. Using nanosecond voltage pulses with an amplitude of up to hundreds of kV, a number of authors managed to obtain runaway electron beams in dense gases [5, 7, 19, 26-29] from single cathodes of small area and with significantly lower currents (up to 400 A) than at low pressures.
Недостатками известных способов получения пучков убегающих электронов являются:The disadvantages of the known methods for producing runaway electron beams are:
1. Низкая эффективность (отношение энергии быстрых электронов в импульсе к общей энергии разрядного импульса) генерации пучка быстрых электронов в таком разряде, что проявляется либо в низкой средней энергии электронов в пучке по сравнению с приложенным напряжением (5÷8 кэВ при приложенных 140 кВ), либо в невысоком токе пучка быстрых электронов относительно тока разряда (1÷100 А против 1÷10 кА).1. Low efficiency (the ratio of the energy of fast electrons in a pulse to the total energy of a discharge pulse) for generating a beam of fast electrons in such a discharge that manifests itself either in a low average electron energy in the beam compared to the applied voltage (5 ÷ 8 keV at applied 140 kV) or in a low beam current of fast electrons relative to the discharge current (1 ÷ 100 A versus 1 ÷ 10 kA).
2. Используемые режимы работы разрядов с напряжениями в сотни кВ практически не позволяют управлять основными параметрами пучка быстрых электронов, поскольку попытки поднять напряжение или увеличить длительность импульса напряжения (или использовать для генерации пучка стандартные относительно дешевые генераторы высоковольтных импульсов с фронтом 3-10 нс) приводят к переходу разряда в искровую форму без генерации существенного количества быстрых электронов в пучке.2. The operating modes of discharges with voltages of hundreds of kV that are used practically do not allow controlling the main parameters of the fast electron beam, since attempts to increase the voltage or increase the duration of the voltage pulse (or use standard relatively cheap high-voltage pulse generators with a front of 3-10 ns to generate the beam) to the transition of the discharge into spark form without generating a significant amount of fast electrons in the beam.
Это обусловлено законами развития разрядов в сильно перенапряженных промежутках. Между тем для многих приложений требуется задание энергии или тока электронов в пучке, их изменение без полного изменения параметров системы, задание разных форм и размеров разрядной области, а также задание и изменение сорта и давления газовой смеси, в которой происходит генерация электронного (ионного, атомного) пучка.This is due to the laws of the development of discharges in strongly overstressed spaces. Meanwhile, many applications require setting the energy or current of electrons in the beam, changing them without completely changing the system parameters, setting different shapes and sizes of the discharge region, as well as setting and changing the type and pressure of the gas mixture in which the generation of the electron (ionic, atomic ) beam.
3. Не удается получить генерацию электронов субрелятивистских энергий в одноэлектродных высоковольтных разрядах (типа униполярной короны), применение которых в ряде приложений предпочтительнее, чем применение двух- или многоэлектродных систем.3. It is not possible to obtain the generation of electrons of subrelativistic energies in single-electrode high-voltage discharges (such as a unipolar corona), the use of which in a number of applications is preferable to the use of two- or multi-electrode systems.
4. При использовании известных режимов работы наносекундных разрядов в плотных газах для генерации рентгеновского излучения с энергиями квантов 50÷150 кэВ (применяемыми в медицине, дефектоскопии и рентгеновском контроле грузов) получены импульсы с энергией на уровне нДж [4], что на много порядков ниже получаемых в вакуумных рентгеновских трубках. До настоящего времени не сформулировано достаточно общего описания режима разряда, который бы определял необходимые соотношения между параметрами источника питания, системы электродов и газовой смеси, обеспечивающие генерацию убегающих электронов в плотных газах в объемных и поверхностных разрядах при различных давлениях газов и различных приложенных напряжениях.4. Using the well-known operating modes of nanosecond discharges in dense gases to generate X-ray radiation with quantum energies of 50–150 keV (used in medicine, flaw detection, and X-ray cargo control), pulses with an energy of nJ were obtained [4], which is many orders of magnitude lower obtained in vacuum x-ray tubes. To date, a sufficiently general description of the discharge regime has not been formulated, which would determine the necessary relations between the parameters of the power source, the electrode system, and the gas mixture, which ensure the generation of runaway electrons in dense gases in volume and surface discharges at various gas pressures and various applied voltages.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ [25, 26], по которому пучок электронов субрелятивистских энергий генерируется в воздухе и других газах с давлением до атмосферного в системе электродов металлический выпуклый полусферический катод с сеткой на его поверхности - сеточный анод (оптимальное расстояние между электродами d=(1÷1.5) см) при перенапряжении промежутка не менее 10÷12 раз и использовании двух лавсановых барьеров, один из которых расположен вплотную к аноду, а другой на расстоянии 0.2d от катода.Closest to the claimed method is the method [25, 26], in which a beam of electrons of subrelativistic energies is generated in air and other gases with a pressure up to atmospheric in a system of electrodes, a metal convex hemispherical cathode with a grid on its surface - a grid anode (optimal distance between electrodes d = (1 ÷ 1.5) cm) when the gap is overstressed by at least 10 ÷ 12 times and two dacron barriers are used, one of which is located close to the anode and the other at a distance of 0.2d from the cathode.
Недостатками способа по прототипу являются следующие.The disadvantages of the prototype method are as follows.
1. В способе по прототипу для получения пучка быстрых электронов в плотных газах оптимальные перенапряжения составляют не ниже 10 (рекомендуются еще более высокие), следовательно для промежутков длиной несколько см требуются напряжения источника питания на 500÷1000 кВ при фронте 3÷5 нс, что технически представляется достаточно сложной задачей, особенно для импульсно-периодического режима работы разряда с частотой более 100 Гц (наиболее оптимальной для широкого круга приложений), и серийно такие источники питания не выпускаются.1. In the method according to the prototype, to obtain a beam of fast electrons in dense gases, the optimal overvoltages are not lower than 10 (even higher recommended), therefore, for gaps of a few cm, power supply voltages of 500 ÷ 1000 kV with a front of 3 ÷ 5 ns are required, which it seems technically quite a difficult task, especially for a pulse-periodic mode of operation of a discharge with a frequency of more than 100 Hz (the most optimal for a wide range of applications), and such power sources are not commercially available.
2. Использование источника питания со скоростью нарастания напряжения более 1014 В/с и параметров электродов, рекомендуемых способом по прототипу, приводит к генерации убегающих электронов в плотных газах только на самой начальной стадии разряда, который затем переходит в канальную стадию (в которой нет генерации электронного пучка), так что эффективность генерации убегающих электронов не превышает нескольких процентов.2. The use of a power source with a voltage rise rate of more than 10 14 V / s and the parameters of the electrodes recommended by the prototype method leads to the generation of runaway electrons in dense gases only at the very initial stage of the discharge, which then passes to the channel stage (in which there is no generation electron beam), so that the runaway electron generation efficiency does not exceed a few percent.
3. Положение диэлектрического барьера относительно катода на расстоянии 0.2d никак не связано с параметрами источника питания, составом и давлением газа, что при изменении указанных параметров зачастую ведет к пробою диэлектрического барьера искровым разрядом, следующим за стадией генерации убегающих электронов в газах с давлением порядка атмосферного.3. The position of the dielectric barrier relative to the cathode at a distance of 0.2d has nothing to do with the parameters of the power source, the composition and pressure of the gas, which, when these parameters are changed, often leads to breakdown of the dielectric barrier by a spark discharge following the stage of runaway electron generation in gases with a pressure of the order of atmospheric .
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является генерация быстрых электронов в одноэлектродном коронном разряде, повышение эффективности генерации пучка быстрых электронов в плотных газах в разрядах объемного типа, комбинированных с поверхностным разрядом или разрядом в диэлектрических трубках (каналах), повышение амплитуды тока пучка как в межэлектродном промежутке, так и в заанодном пространстве, повышение и управление плотностью мощности рентгеновского, УФ и фиолетового излучения из разряда, а также получение озона и/или других химически активных или возбужденных молекул в плотных газах в разряде с убегающими электронами.The technical result to which this invention is directed is the generation of fast electrons in a single-electrode corona discharge, an increase in the efficiency of generation of a beam of fast electrons in dense gases in volume discharges combined with a surface discharge or discharge in dielectric tubes (channels), and an increase in the beam current amplitude both in the interelectrode gap and in the anode space, increasing and controlling the power density of X-ray, UV, and violet radiation from the discharge and as well as ozone and / or other reactive or excited molecules in dense gases in the discharge electrons from escaping.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом получения пучка быстрых электронов в плотном газе, заключающимся в том, что на межэлектродный промежуток катод - анод подают напряжение в 10 и более раз превышающее статическое пробойное напряжение с достаточно крутым фронтом нарастания, в отличие от известного способа в предлагаемом способе скорость нарастания импульса высоковольтного потенциала VU=(d/U0)· (dU/dt)≈2U/τU, подаваемого на высоковольтный электрод, выбирают такой, чтобы выполнялось условиеThe indicated technical result is achieved in that, in comparison with the known method for producing a fast electron beam in a dense gas, which consists in supplying a
или, что по сути то же самоеor, which is essentially the same
означающее, что вблизи высоковольтного электрода (в области размером Δ~τU·Vn) за время порядка τU успеет сформироваться первичная зона генерации убегающих электронов, из которой последние вылетают во внешнюю зону с более низким электрическим потенциалом, даже если какие-либо другие электроды вблизи высоковольтного электрода отсутствуют.meaning that near the high-voltage electrode (in a region of size Δ ~ τ U · V n ) in a time of the order of τ U a primary zone of runaway electron generation will have time to form, from which the latter escape to the outer zone with a lower electric potential, even if any other There are no electrodes near the high voltage electrode.
Здесь τU - длительность импульса высоковольтного потенциала U, которая либо известна и тогда необходимо определить максимальное значение Е=U/d, либо известна Е и тогда необходимо определить τU, при которых в разряде будут генерироваться убегающие электроны и т.д.;Here τ U is the pulse duration of the high voltage potential U, which is either known and then it is necessary to determine the maximum value E = U / d, or E is known and then it is necessary to determine τ U at which runaway electrons will be generated in the discharge, etc .;
τd - время развития стримерного разряда в данных условиях, τd=d/Vn,τ d is the time of development of the streamer discharge under given conditions, τ d = d / V n ,
U0 - амплитуда импульса высоковольтного потенциала;U 0 is the amplitude of the pulse of the high voltage potential;
Vn - скорость движения фронта волны ионизации газа медленными (плазменными) электронами, рассчитываемая по уравнениям теории стримерного пробоя газа;V n is the velocity of the front of the gas ionization wave by slow (plasma) electrons, calculated according to the equations of the theory of streamer breakdown of gas;
Еcr - напряженность электрического поля, при которой электроны в данном газе могут приобрести достаточную для «убегания» энергию - известная из литературы константа для каждого газа;E cr is the electric field strength at which the electrons in a given gas can acquire energy sufficient to “run away” —a constant from the literature for each gas;
Е - средняя напряженность электрического поля на масштабе изменения потенциала порядка d;E is the average electric field strength on the scale of a potential change of order d;
d - характерный размер межэлектродного промежутка или характерный радиус кривизны поля вблизи одиночного высоковольтного электрода.d is the characteristic size of the interelectrode gap or the characteristic radius of curvature of the field near a single high-voltage electrode.
Таким образом, нами описано условие существования разряда с убегающими электронами в плотных газах давлением до атмосферного и выше, которое является новым и существенным. Суть этого явления состоит в том, что для генерации электронов в газе (не только в коронном разряде, но и в объемном, и в скользящем по поверхности разрядах) важным является не столько амплитуда импульса подаваемого на высоковольтный электрод потенциала, сколько степень превышения скорости его нарастания VU (определяющей нарастание концентрации электронов в приэлектродной области Δ) по отношению к скорости движения фронта ионизации Vn (определяющей снижение концентрации заряженных частиц из-за «расплывания» этой области), а также длительность импульса U, поскольку среднее поле в промежутке должно успеть снизиться до того, как успеет развиться катодный стример и разряд перейдет в канальную стадию. При этом получается, что если к электроду (электродам) прикладывают высоковольтный потенциал U с достаточно высокой скоростью нарастания VU, обеспечивающей автоволновой характер движения фронта волны ионизации быстрыми электронами по внешней зоне (одноэлектродный разряд) или по межэлектродному промежутку (многоэлектродный разряд), то при достаточно низком значении Е (достаточно большом d, определяющем достаточно малую величину Vn~E (в продольном поле) и достаточно большую величину τd~d/Vn) за время τU≈d/VU (меньшее τd) в некоторой приэлектродной области (области генерации убегающих электронов), имеющей размер Δ (в направлении среднего электрического поля) порядка размера зоны ионизации (для коронного разряда) и существенно меньший длины межэлектродного промежутка d (для объемного и скользящего по поверхности диэлектрика разрядов, а также для разрядов в экранированной и неэкранированной диэлектрической трубке или в разряде, являющемся комбинацией из вышеперечисленных), вблизи одного или нескольких электродов осуществляется пространственно-временная локализация фронта волны ионизации газа.Thus, we described the condition for the existence of a discharge with runaway electrons in dense gases with a pressure up to atmospheric and higher, which is new and significant. The essence of this phenomenon is that for the generation of electrons in a gas (not only in a corona discharge, but also in a volume discharge, and in a discharge moving across the surface), it is important not so much the amplitude of the pulse supplied to the high-voltage electrode as the degree of excess of its rise rate V U (which determines the increase in the electron concentration in the near-electrode region Δ) with respect to the velocity of the ionization front V n (which determines the decrease in the concentration of charged particles due to the "spreading" of this region), as well as the pulse U, since the average field in the gap must have time to decrease before the cathode streamer has time to develop and the discharge passes into the channel stage. It turns out that if a high voltage potential U with a sufficiently high slew rate V U is applied to the electrode (s), which ensures the autowave nature of the ionization wavefront movement by fast electrons along the outer zone (single-electrode discharge) or along the interelectrode gap (multi-electrode discharge), then at a sufficiently low value of E (a sufficiently large d, which determines a sufficiently small value of V n ~ E (in a longitudinal field) and a sufficiently large value of τ d ~ d / V n ) for a time τ U ≈d / V U (less than τ d ) in some prielek native region (runaway electron generation region) having a size Δ (in the direction of the average electric field) of the order of the size of the ionization zone (for a corona discharge) and significantly shorter than the length of the interelectrode gap d (for volumetric and moving discharges on the dielectric surface, as well as for discharges in shielded and unshielded dielectric tube or in a discharge, which is a combination of the above), spatially-temporal front localization is carried out near one or more electrodes gas ionization waves.
Двойной слой заряженных частиц этого фронта обеспечивает,The double layer of charged particles of this front provides
во-первых, ускорение (в направлении катода или диэлектрика, по которому распространяется разряд) ионов и быстрых атомов (получаемых, в основном, при резонансной перезарядке ионов в плотных газах) с формированием пучка быстрых ионов и атомов в зоне ионизации вблизи катода или диэлектрика (выбивающих из них достаточное для начала разряда число электронов) и проникновением его в область за катод или за диэлектрик, если катод или диэлектрик имеют отверстия.firstly, acceleration (in the direction of the cathode or dielectric along which the discharge propagates) of ions and fast atoms (obtained mainly by resonant charge exchange of ions in dense gases) with the formation of a beam of fast ions and atoms in the ionization zone near the cathode or dielectric ( knocking out enough of them to start the discharge, the number of electrons) and penetrating it into the region behind the cathode or behind the dielectric if the cathode or dielectric has holes.
Во-вторых, образованная вблизи катода зона ионизации (размером Δ) может ускоренно перемещаться в виде автоволны вдоль поверхности диэлектрика до его границы с анодом или с газовым объемом, в котором расположен анод. В последнем случае разряд, начавшийся как скользящий по поверхности диэлектрика либо как разряд в диэлектрической трубке, продолжается до анода в виде объемного разряда или коронного биполярного разряда с убегающими электронами, плотность тока и энергия которых в таком разряде может быть повышена по сравнению с объемным разрядом без диэлектрических поверхностей.Secondly, an ionization zone (size Δ) formed near the cathode can accelerate in the form of an autowave along the surface of the dielectric to its boundary with the anode or with the gas volume in which the anode is located. In the latter case, the discharge, which began as sliding on the surface of the dielectric or as a discharge in the dielectric tube, continues to the anode in the form of a volume discharge or corona bipolar discharge with runaway electrons, the current density and energy of which in such a discharge can be increased compared to a volume discharge without dielectric surfaces.
В-третьих, в области размером Δ на время порядка τU происходит нарастание напряженности электрического поля выше критического для убегания электронов значения, после чего в основном разрядном объеме проходит волна ионизации (и, при определенных условиях, «встречная» волна ионизации от другого электрода, компенсирующая образованный первой волной пространственный положительный заряд), ускоряющая и/или лавинно размножающая убегающие электроны и электроны ионизационного каскада в среднем поле, искаженном объемным зарядом положительных ионов, и формируется пучок (пучки) быстрых электронов (пролетающих, в частности, за анод из металлической сетки или достаточно тонкой фольги).Thirdly, in a region of size Δ for a time of the order of τ U , the electric field increases above the critical value for runaway electrons, after which an ionization wave (and, under certain conditions, a “counter” ionization wave from another electrode passes through the main discharge volume, compensating the spatial positive charge formed by the first wave), accelerating and / or avalanche propagating the runaway electrons and the electrons of the ionization cascade in an average field distorted by the space charge of positive ions, and a beam (s) of fast electrons is formed (flying, in particular, behind the anode from a metal mesh or a sufficiently thin foil).
При торможении сформированного пучка быстрых электронов электрическим полем положительных ионов, нейтральными частицами газа, элементами конструкции разрядной области (включая, например, антикатод из тяжелого металла) и/или дополнительным внешним электрическим полем генерируется тормозное и характеристическое рентгеновское излучение, а также - коротковолновое оптическое (обычно УФ и фиолетовое) излучение (за счет, в основном, возбуждения тяжелых частиц газа электронами ионизационного каскада, ускоренными средним электрическим полем разряда) и различные химически активные соединения (такие как озон или окислы азота в воздухе) при взаимодействии электронов ионизационного каскада с молекулами (атомами) газа.When the generated beam of fast electrons is decelerated by an electric field of positive ions, neutral gas particles, structural elements of the discharge region (including, for example, a heavy metal anticathode) and / or an additional external electric field, bremsstrahlung and characteristic x-rays are generated, as well as short-wavelength optical (usually UV and violet) radiation (due mainly to the excitation of heavy gas particles by electrons of the ionization cascade accelerated by the average electric field level) and various reactive compounds (such as ozone or nitrogen oxides in the air) by reacting the cascade ionization of electrons with molecules (atoms) gas.
В наиболее общем виде указанный выше новый режим работы высоковольтного разряда в плотных газах может быть описан условием типаIn the most general form, the above-mentioned new regime of operation of a high-voltage discharge in dense gases can be described by a condition like
где En - характерное значение напряженности электрического поля в области фронта волны ионизации;where E n is the characteristic value of the electric field in the region of the front of the ionization wave;
N - концентрация нейтральных частиц газовой смеси в рассматриваемой области электрического поля (по закону Клапейрона - Менделеева N = p/(kT), р - давление газа, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура газа);N is the concentration of neutral particles of the gas mixture in the considered region of the electric field (according to the Clapeyron-Mendeleev law N = p / (kT), p is the gas pressure, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature of the gas);
(E/N)cr=Ecr/N - критическое значение напряженности электрического поля, приведенное к единичной концентрации газа.(E / N) cr = E cr / N is the critical value of the electric field strength, reduced to a unit gas concentration.
Условие (1), таким образом, описывает режим разряда, в котором еще одним новым и существенным отличием от известных режимов разряда является возможность создания не только прикатодной области генерации убегающих электронов, но и прианодной области, и, вообще говоря, любого количества приэлектродных областей (в том числе для электродов, находящихся под плавающим потенциалом), в которых может происходить генерация убегающих электронов, вызванная достаточно быстрым нарастанием разности потенциалов между этим электродом и положительным объемным зарядом, сформированном в газе первичным пучком убегающих электронов, генерирующимся в прикатодной области. Указанные разности потенциалов существуют достаточно короткое время, чтобы разряд не успевал перейти в канальную стадию и основная энергия такого режима разряда идет на генерацию быстрых электронов, их размножение во внешней зоне или их ускорение в межэлектродном промежутке в среднем поле, искаженном влиянием поля положительных ионов, образованных в газе по следу прохождения пучка первичных убегающих электронов. При этом условием ускорения первичных электронов или электронов ионизационного каскада с энергией ε является неравенствоCondition (1), therefore, describes the discharge mode, in which another new and significant difference from the known discharge modes is the possibility of creating not only the near-cathode region of runaway electron generation, but also the anode region, and, generally speaking, any number of near-electrode regions ( including for electrodes under a floating potential), in which runaway electron generation can occur, caused by a rather rapid increase in the potential difference between this electrode and a positive volume a bulk charge formed in the gas by a primary runaway electron beam generated in the cathode region. The indicated potential differences exist for a short enough time so that the discharge does not have time to go to the channel stage and the main energy of such a discharge mode is used to generate fast electrons, multiply them in the outer zone or accelerate them in the interelectrode gap in the middle field, distorted by the influence of the field of positive ions formed in a gas following the passage of a beam of primary runaway electrons. In this case, the condition for acceleration of primary electrons or electrons of the ionization cascade with energy ε is the inequality
где e - заряд электрона;where e is the electron charge;
F(ε)=d∈/dx - известные удельные потери энергии электронов с энергией ε в газе. Для первичных электронов пучка обычно ε≈0.7 eU0.F (ε) = d∈ / dx — known specific energy losses of electrons with energy ε in a gas. For primary electrons of the beam, usually ε≈0.7 eU 0 .
Следовательно, в режиме разряда (1) напряженность среднего поля Е≪Еcr, к достижению которого стремятся все известные способы генерации убегающих электронов в газе.Consequently, in discharge mode (1), the mean field strength is ЕЕЕ cr , which all known methods of generating runaway electrons in a gas strive to achieve.
Таким образом, отсюда следует третье существенное отличие заявляемого способа от известных, заключающееся в том, что среднее поле в объемном типе разряда может быть во много раз меньше, чем в известных режимах и, следовательно, либо можно использовать меньшие напряжения разряда, либо получать разряд в промежутках с существенно большими размерами при тех же напряжениях источника питания. В частности, отодвигая анод достаточно далеко от катода, мы получаем коронный разряд с убегающими электронами.Thus, the third significant difference of the proposed method from the known ones follows, namely, that the average field in the volume type of discharge can be many times smaller than in known modes and, therefore, either lower discharge voltages can be used or a discharge can be obtained in gaps with significantly larger sizes at the same voltage of the power source. In particular, pushing the anode far enough away from the cathode, we obtain a corona discharge with runaway electrons.
Проведем оценку максимальной амплитуды импульса напряжения длительностью 1 нс, которое можно приложить к промежутку для генерации быстрых убегающих электронов в плотном газе без перехода разряда в искровую стадию.Let us estimate the maximum amplitude of a voltage pulse with a duration of 1 ns, which can be applied to the gap to generate fast runaway electrons in a dense gas without the transition of the discharge to the spark stage.
Зная род рабочего газа, его давление и температуру (то есть зная N из закона Клапейрона-Менделеева), константу (E/N)cr (наиболее последовательно и точно вычисление этой константы для различных газов описано в монографии [40] или в ссылке [1]), а также скорость Vn (наиболее последовательно и точно задача вычисления скорости движения фронта волны ионизации при стримерном пробое газа описана в монографии [4] или в ссылке [18]) из неравенстваKnowing the type of working gas, its pressure and temperature (that is, knowing N from the Clapeyron-Mendeleev law), the constant (E / N) cr (the most consistent and accurate calculation of this constant for various gases is described in the monograph [40] or in the link [1 ]), as well as the speed V n (the most sequential and exact task of calculating the velocity of the front of the ionization wave during streamer breakdown of a gas is described in monograph [4] or in reference [18]) from the inequality
можно определить либо максимальную длительность τU импульса напряжения при заданной амплитуде напряжения U, либо максимальную амплитуду напряжения при заданной τU, при которых в рассматриваемом плотном газе будут генерироваться быстрые электроны, ионы, атомы и т.д. без перехода разряда в искровую стадию.one can determine either the maximum duration τ U of the voltage pulse at a given voltage amplitude U, or the maximum voltage amplitude at a given τ U at which fast electrons, ions, atoms, etc. will be generated in the dense gas under consideration. without transition of the discharge to the spark stage.
Приведенных выше ссылок на общедоступные источники вполне достаточно, чтобы на компьютере или графически по экспериментальным данным вычислить Vn и N, по которым определить U и τU, удовлетворяющие условиям (1).The above references to public sources are quite sufficient to calculate V n and N on a computer or graphically from experimental data, which can be used to determine U and τ U that satisfy conditions (1).
Однако для большей убедительности приведем простейший вариант расчета максимального U при заданной τU, не требующий построения графиков или компьютерного расчета.However, for greater credibility, we present the simplest version of calculating the maximum U for a given τ U , which does not require graphing or computer calculation.
Наиболее простые формулы для Vn могут быть взяты, например, из таких общедоступных источников, как [42], где приведена формула для скорости волн вторичного пробоя, которая описывает и скорость распространения ионизационной волны Vn в условиях предионизации газа убегающими электронамиThe simplest formulas for V n can be taken, for example, from such publicly available sources as [42], where a formula is given for the velocity of secondary breakdown waves, which also describes the speed of propagation of the ionization wave V n under conditions of gas preionization by runaway electrons
где α - первый коэффициент Таунсенда, μe - подвижность электронов в поле приложенного потенциала U, К - численный коэффициент, определяемый структурой ионизационной волны, который для интересующих нас оценок можно полагать равным 1. В формуле (1B) величины α и μe можно взять из учебников и справочников по физике низкотемпературной плазмы, например из [43]. Для вычисления этих величин можно использовать как приведенные в [7] экспериментальные данные, так и аналитические полуэмпирические или эмпирические зависимости, в частности формулуwhere α is the first Townsend coefficient, μ e is the electron mobility in the field of the applied potential U, K is the numerical coefficient determined by the structure of the ionization wave, which for the estimates of interest to us can be set to 1. In formula (1B), the quantities α and μ e can be taken from textbooks and reference books on the physics of low-temperature plasma, for example, from [43]. To calculate these quantities, one can use both the experimental data given in [7] and analytical semi-empirical or empirical dependences, in particular, the formula
где р - давление газа.where p is the gas pressure.
Для наиболее важного в практическом плане случая - воздуха при нормальных условиях (атмосферное давление и комнатная температура) - как следует из приведенных выше общедоступных источников, А·р=11400 см-1, В·р=2.774·105 В/см, а μe(U) при интересующих нас Е>0.1·Еcr можно приближенно считать постоянной и равной 370 см2/В·с). Тогда, переписав неравенство (1) в видеFor the most important case in practical terms - air under normal conditions (atmospheric pressure and room temperature) - as follows from the above public sources, А · р = 11400 cm -1 , В · р = 2.774 · 10 5 V / cm, and μ e (U) for E> 0.1 · E cr of interest to us can be approximately considered constant and equal to 370 cm 2 / V s). Then, rewriting inequality (1) in the form
и проведя элементарные преобразования, получим (при τU=1 нс, d=2 см)and performing elementary transformations, we obtain (for τ U = 1 ns, d = 2 cm)
что очень хорошо согласуется с областью начала экспоненциального роста (80 кВ/ 1 нс = 8·1013 В/с) экспериментальной кривой зависимости амплитуды тока быстрых электронов от скорости нарастания напряжения на промежутке с теми же значениями параметров, полученной в нашей работе [28]. При этом найденное значение Е=78.7/2 кВ/см = 39.35 кВ/см в 6.94 раза (!) меньше, чем Еcr=273 кВ/см. Что полностью подтверждает утверждения, сделанные в п.1 формулы изобретения.which agrees very well with the region of the onset of exponential growth (80 kV / 1 ns = 8 · 10 13 V / s) of the experimental curve of the dependence of the amplitude of the current of fast electrons on the rate of increase of voltage across the gap with the same parameter values obtained in our work [28] . Moreover, the found value of E = 78.7 / 2 kV / cm = 39.35 kV / cm is 6.94 times (!) Less than E cr = 273 kV / cm. Which fully confirms the statements made in
Принципы работы режима разряда, удовлетворяющего условию (1), иллюстрируются на Фиг.1-6, где 1 - высоковольтный ввод; 2 - рабочая часть высоковольтного электрода; 3, 8 - прикатодная и прианодная зоны генерации убегающих электронов соответственно; 4, 5 - направление результирующей напряженности среднего электрического поля с учетом искажающего влияния объемного заряда положительных ионов, образующихся в газе при прохождении первичного пучка убегающих электронов; 6 - примерный профиль распределения потенциала положительно заряженных ионов в газе после прохождения первичного пучка убегающих электронов; 7 - область максимальной концентрации положительного пространственного заряда ионов, образованных после прохождения первичного пучка убегающих электронов; 9 - рабочая часть низковольтного электрода; 10 - цепь заземления низковольтного электрода, который может быть и не заземлен; 11 - вывод на осциллограф сигнала с калиброванной индуктивности коллектора тока пучка быстрых электронов; 12 - коллектор тока электронного пучка (обычно графитовый); 13 - диэлектрический экран для полного прерывания тока пучка на коллектор; 14 - основное направление движения первичного пучка быстрых электронов в разряде; 15 - основное направление движения пучка электронов, компенсирующих объемный заряд в области 7; 16 - рентгеновское излучение разряда; 17 - УФ и фиолетовое излучение разряда; 18 - быстрые ионы; 19 - быстрые атомы; 20 - озон или другие химически активные молекулы; 21 - разветвленный высоковольтный ввод; 22 - диэлектрические стенки разрядной трубки или канала в диэлектрике; 23 - антикатод с малой площадью рабочей части для создания точечного источника тормозного рентгеновского излучения; 24, 25 - диэлектрические барьеры; 26 - герметичная область для проведения химической реакции; 27 - стенки герметичной области; 28 - устройство прокачки газа; 29 - область генерации химически активных молекул; 30 - диэлектрические стенки или окна.The principles of operation of the discharge mode, satisfying the condition (1), are illustrated in Fig.1-6, where 1 is a high-voltage input; 2 - the working part of the high voltage electrode; 3, 8 - near-cathode and anode zones of runaway electron generation, respectively; 4, 5 - the direction of the resulting average electric field strength, taking into account the distorting effect of the space charge of positive ions generated in the gas during the passage of the primary beam of runaway electrons; 6 is an exemplary profile of the potential distribution of positively charged ions in a gas after passing through a primary runaway electron beam; 7 - region of maximum concentration of positive spatial charge of ions formed after the passage of the primary beam of runaway electrons; 9 - the working part of the low voltage electrode; 10 - ground circuit of a low voltage electrode, which may not be grounded; 11 - output to the oscilloscope signal from a calibrated inductance of the current collector of a beam of fast electrons; 12 - electron beam current collector (usually graphite); 13 - dielectric screen for complete interruption of the beam current to the collector; 14 - the main direction of motion of the primary beam of fast electrons in the discharge; 15 - the main direction of motion of the electron beam, compensating for the space charge in region 7; 16 - x-ray radiation of the discharge; 17 — UV and violet discharge radiation; 18 - fast ions; 19 - fast atoms; 20 - ozone or other chemically active molecules; 21 - branched high-voltage input; 22 - dielectric walls of a discharge tube or channel in a dielectric; 23 - anti-cathode with a small area of the working part to create a point source of inhibitory x-ray radiation; 24, 25 - dielectric barriers; 26 - sealed area for a chemical reaction; 27 - walls of the sealed area; 28 - gas pumping device; 29 - the region of generation of chemically active molecules; 30 - dielectric walls or windows.
На Фиг.1 схематически изображены основные элементы разряда, происходящего в режиме (1). Один из основных вариантов заявляемого способа осуществляется следующим образом. Через высоковольтный ввод 1 на высоковольтный электрод 2 подается импульс напряжения (например, отрицательный) с параметрами, удовлетворяющими условию (1). В приэлектродной зоне 3 происходит пространственно-временная локализация потенциала, напряженность поля в зоне 3 очень быстро возрастает, ускоряя ионы и при их перезарядке генерируя быстрые атомы, те и другие выбивают с поверхности катода новые электроны, а также пролетают в закатодную область и могут быть использованы для различного рода применений. Нарастание градиентов концентраций заряженных частиц на фронте этой медленно расширяющейся прикатодной области 3 вызывает дальнейший рост напряженности электрического поля в ней, достигающего «надкритических» для убегания электронов значений, происходит перевод плазменных электронов в режим убегания и образуется первичный фронт ионизации газа убегающими электронами - электронный пучок 14, который может использоваться для различных применений. При этом, вообще говоря, анода 9 может не быть вовсе. В этом случае наблюдается высоковольтный коронный разряд с убегающими электронами.Figure 1 schematically shows the main elements of the discharge occurring in mode (1). One of the main options of the proposed method is as follows. Through a high-
Если анод 9 присутствует, то электронный пучок 14 может ускоряться в более сильном среднем поле катод-анод и проникать в заанодное пространство, когда анодом 9 является сетка или достаточно тонкая фольга. Причем, вообще говоря, анод может быть заземлен или не заземлен (в отличие от известных способов), быть составным, иметь разные размеры и форму, но в любом случае при прохождении первичного пучка убегающих электронов от катода к аноду за доли наносекунды (при атмосферном давлении газа) образуется пространственный заряд положительно заряженных ионов. Этот заряд есть потенциал, имеющий пространственное распределение типа кривой 6, который, вообще говоря, может на короткое время превратить анод 9 в катод, для которого сам будет выступать в качестве анода. При этом вблизи электрода 9 происходят те же процессы, что мы описывали выше для электрода 2, только электронный пучок, генерируемый в области 8 тормозится, в основном, с другой стороны области 7 (поле 4), нейтрализуя пространственный заряд ионов и завершая, таким образом, процесс разряда в том режиме, который описывается условием (1). Как мы уже описали выше, в плотных газах пучки убегающих электронов автоматически генерируют довольно мощное рентгеновское тормозное излучение 16, УФ и фиолетовое излучение 17, а также высокую концентрацию озона или других химически активных молекул 20.If the
Вообще говоря, любая система электродов, типа изображенной на Фиг.1 (называемая, в этом случае, газовым диодом), имеет эквивалентную электрическую схему в виде последовательного LC контура, в котором имеется внешний источник напряжения U. Поэтому в случае недостаточно короткой длительности τU импульса напряжения U источника высоковольтного питания можно, тем не менее, получить генерацию пучков ионизирующего излучения в режиме (1), если обострить напряжение (укоротить фронт импульса напряжения) на промежутке высоковольтный электрод - заземленный электрод (напряжение на электродах газового диода), например, примерно в К раз за счет выбора индуктивности L и емкости С диода (замеренных между точкой соединения высоковольтного выхода источника питания с высоковольтным электродом диода и общей точкой заземленного электрода диода и заземления источника питания) в соответствии с соотношением (L·C)≈(2τU/(πК))2, при необходимости укорачивая затем длительность обостренного импульса напряжения до необходимой величины срезающим разрядником или т.п.Generally speaking, any electrode system such as that shown in FIG. 1 (called, in this case, a gas diode) has an equivalent circuit in the form of a series LC circuit in which there is an external voltage source U. Therefore, in the case of a short duration τ U the voltage pulse U of the high-voltage power supply, however, it is possible to obtain the generation of ionizing radiation beams in mode (1) if the voltage is sharpened (the voltage pulse front is shortened) in the gap between the high-voltage electrode and the ground a given electrode (voltage at the electrodes of a gas diode), for example, about K times due to the choice of inductance L and capacitance C of the diode (measured between the connection point of the high voltage output of the power source with the high voltage diode electrode and the common point of the grounded diode electrode and the ground of the power source) in accordance with the relation (L · C) ≈ (2τ U / (πК)) 2 , if necessary, then shortening the duration of the sharpened voltage pulse to the required value with a cutting spark gap or the like
Для получения более высоких токов пучков ионизирующего излучения и химически активных молекул, а также для их генерации при недостаточно малой τU, ограниченной характеристиками применяемого источника высоковольтного питания, для необходимой в последнем случае задержки развития объемного стримерного разряда в соответствии с условием τU≤τd/(Ecr/E) используют комбинацию объемного разряда с разрядом по поверхности диэлектрика, либо с разрядом в диэлектрической трубке (экранированной или не экранированной) или в диэлектрическом канале, длину диэлектрической части L в которых выбирают такой, чтобы поверхностный разряд существенно увеличил концентрацию электронов в области 3 при ее движении по поверхности диэлектрика от катода до границы с газовым промежутком - в этом случае обычно L~(2÷3)d или еще и обострил фронт волны ионизации, пришедший на границу диэлектрика с газовым объемом (что эквивалентно в данном случае укорочению τU), - в этом случае обычно L~(3÷4)d. Соответствующая иллюстрация приведена на Фиг.2 а, b, с. Импульс высокого напряжения подается через ввод 1 на высоковольтный электрод 2 (23 на Фиг.2с), расположенный на поверхности диэлектрика 22, которая, вообще говоря, может иметь произвольную форму, например цилиндрическую (Фиг.2 а) или коническую (Фиг.2 b, с), а также может иметь более одного выходного отверстия. В месте контакта металл-диэлектрик-газ возникает резкая неоднородность градиента потенциала, которая затем в режиме, близком к автоволновому, движется в направлении к границе диэлектрика с газовым объемом - область 3 на Фиг.2. При этом, как обычно, скорость фронта волны ионизации (энергия плазменных электронов) и градиент концентрации заряженных частиц на фронте возрастают, что улучшает условия для генерации убегающих электронов 14 в газовом промежутке. Общий характер последующих процессов в целом тот же, что и на Фиг.1. Для увеличения площади катода при том же выходном диаметре диэлектрического канала используют коническую форму поверхности диэлектрика 22, как это показано на Фиг.2b. При этом в качестве анода может служить, например, сплошной металлический (обычно вольфрамовый) конус с радиусом закругления вершины порядка 1-2 мм, который в этом случае генерирует плотный пучок тормозного и характеристического рентгеновского излучения 16, если выходной внутренний диаметр диэлектрического канала достаточно мал. На Фиг.2с изображен вариант точечного источника рентгеновского излучателя (для медицины, дефектоскопии, систем контроля багажа и т.п.), в котором катод 2 заземлен, а положительно заряжаемый анод 23 одновременно является мишенью (с малой площадью рабочей части) для торможения пучка электронов 14 и генерации расходящегося из «точки» рентгеновского излучения 16, имеющего энергию квантов (вообще говоря, от единиц кэВ до сотен кэВ), регулируемую не столько амплитудой напряжения на электроде 23, сколько расстоянием между электродами 2 и 23, а также, как мы покажем ниже, отношением размеров поперечных сечений электродов 2 и 23.To obtain higher currents of ionizing radiation beams and chemically active molecules, as well as to generate them at a sufficiently small τ U limited by the characteristics of the used high-voltage power supply, for the delay in the development of a volume streamer discharge necessary in the latter case in accordance with the condition τ U ≤τ d / (E cr / E) use a combination of a volume discharge with a discharge on the surface of the dielectric, or with a discharge in a dielectric tube (shielded or not shielded) or in a dielectric channel, the length of the dielectric part L in which is chosen so that the surface discharge substantially increases the electron concentration in
Таким образом, четвертым новым существенным отличием заявляемого способа является его работа в режиме (1) в комбинации объемного (коронного) разряда с разрядом по поверхности диэлектрика (или разрядом в диэлектрических трубках), улучшающей параметры пучка убегающих электронов, генерируемых разрядом.Thus, the fourth new significant difference of the proposed method is its operation in mode (1) in combination with a volume (corona) discharge with a discharge on the surface of the dielectric (or discharge in dielectric tubes), which improves the parameters of the runaway electron beam generated by the discharge.
Здесь же отдельно можно отметить пятое существенное отличие заявляемого способа, заключающееся в том, что при описанном выше комбинированном разряде могут быть реализованы максимальные плотности тока первичного пучка убегающих электронов, которые в тормозящем поле объемного заряда положительных ионов (поле 5 на Фиг.1) без каких либо тормозных металлических мишеней генерируют мощный поток рентгеновского излучения с энергией квантов до сотен кэВ из области с достаточно малым размером, который во многих случаях вполне может считаться точечным источником, применяемым в настоящее время для широкого круга приложений в виде вакуумных рентгеновских трубок.Here, we can separately note the fifth significant difference of the proposed method, namely, that with the combined discharge described above, the maximum current densities of the primary runaway electron beam can be realized, which in the braking field of the positive ion space charge (field 5 in FIG. 1) without any either brake metal targets generate a powerful x-ray flux with a quantum energy of up to hundreds of keV from a region with a sufficiently small size, which in many cases can be easily considered The current source currently used for a wide range of applications in the form of vacuum X-ray tubes.
Для увеличения общего числа быстрых электронов, ионов, атомов и - в соответствующей газовой смеси - химически активных частиц, а также для увеличения мощности рентгеновского и оптического излучений, генерируемых газовым разрядом с убегающими электронами, режим разряда (1) обеспечивают одновременно для множества генерирующих быстрые электроны приэлектродных областей 3, как это показано на Фиг.3. Для этого как минимум один разрядный электрод 2 выполняют в виде металлической поверхности необходимой площади, имеющей набор неоднородностей с размерами, стремящимися к одинаковым и существенно меньшими d при отношении высоты и толщины неоднородности, стремящемуся к 10. Причем для получения максимально однородных в поперечном сечении пучков ионизирующего излучения отношение средних расстояний между максимумами неоднородностей на разных электродах делают, по возможности, близким к отношению поперечных размеров этих электродов между собой. При этом среднее расстояние между неоднородностями на меньшем электроде 9 делают не менее поперечного размера приэлектродной области, генерирующей убегающие электроны, в противном случае меньший электрод может иметь металлическую поверхность, гладкую на уровне, доступном для обычной механической шлифовки. Например, в качестве многоострийного электрода можно использовать сетку из металлической проволоки с размером ячейки от долей мм до нескольких мм, имеющих толщину проволоки, наиболее близкой к 1/10 от размера ячейки, или используют набор металлических ножовочных полотен и т.п. с соответствующими размерами неоднородностей и расстояниями между ними. На Фиг.3 показано одномерное разветвление 21 высоковольтного ввода (которое может быть, при необходимости, и двумерным при перпендикулярном повороте хотя бы одного из поколений ветвей) с одинаковой длиной ветвей и одинаковым количеством разветвлений до всех точек контакта с высоковольтным электродом. При этом высоковольтный потенциал ко всем неоднородностям одного электрода подводится одновременно с точностью до времени порядка τU.To increase the total number of fast electrons, ions, atoms and, in the corresponding gas mixture, chemically active particles, as well as to increase the power of X-ray and optical radiation generated by a gas discharge with runaway electrons, the discharge mode (1) is simultaneously provided for many generating fast electrons the
Таким образом, шестым существенным отличием заявляемого способа является связанная с автоволновым характером движения фронта ионизации возможность получения многоканального и однородного диффузного разряда с электродами большой площади, что для известных способов является серьезной проблемой в плотных газах.Thus, the sixth significant difference of the proposed method is the possibility of obtaining a multi-channel and homogeneous diffuse discharge with electrodes of a large area associated with the autowave nature of the movement of the ionization front, which is a serious problem for dense gases for known methods.
В том числе режим разряда (1) легко обеспечивается одновременно для множества металлических катодов, вставленных внутрь цилиндрических или конусоидальных диэлектрических трубок или каналов в диэлектрике 22 (экранированных или не экранированных, имеющих обычно длину L порядка (2÷3)d и диаметр отверстия на выходе порядка (0.1÷0.2)d), располагающихся вдоль направления приложенного внешнего электрического поля (или под острым углом к нему) и имеющих с противоположной от катодов (выходной) стороны трубок (каналов) один общий анод или набор анодов, расположенных в том же газе на характерном расстоянии порядка d от выходного конца трубок (каналов), как это показано на Фиг.4. Причем для получения максимально однородных в поперечном сечении пучков ионизирующего излучения расстояние между осями диэлектрических трубок (каналов) делают, по возможности, минимальным, а для получения максимальной плотности мощности ионизирующего излучения в районе анода последний делают минимально возможной площади и обычно полусферической формы, а направление трубок (каналов) выбирают так, чтобы выходные отверстия трубок (каналов) были направлены (сконцентрированы) на центр анода и находились примерно на одном расстоянии от него, причем высоковольтный потенциал ко всем трубкам (каналам) подводят одновременно с точностью до времени порядка τU, для чего используют, например, одномерные или двумерные разветвления высоковольтного ввода 21 с одинаковой длиной ветвей и одинаковым количеством разветвлений до всех катодов.Including the discharge mode (1), it is easily ensured simultaneously for a plurality of metal cathodes inserted inside cylindrical or cone-shaped dielectric tubes or channels in the dielectric 22 (shielded or not shielded, usually having a length L of the order of (2 ÷ 3) d and the diameter of the outlet opening of order (0.1 ÷ 0.2) d) located along the direction of the applied external electric field (or at an acute angle to it) and having from the opposite side of the tubes (channels) from the cathodes (output) one common anode or a set of anodes, laid in the same gas on the order of a characteristic distance d from the outlet end of the tubes (channels), as shown in Figure 4. Moreover, to obtain the most homogeneous in the cross section of ionizing radiation beams, the distance between the axes of the dielectric tubes (channels) is made as small as possible, and to obtain the maximum power density of ionizing radiation in the region of the anode, the latter is made of the smallest possible area and usually hemispherical, and the direction of the tubes (channels) are chosen so that the outlet openings of the tubes (channels) are directed (concentrated) to the center of the anode and are approximately the same distance from the negative o, and the high-voltage potential is supplied to all tubes (channels) simultaneously up to a time of the order of τ U , for which, for example, one-dimensional or two-dimensional branches of the high-
Все перечисленные выше частные случаи осуществления заявляемого способа генерации пучков ионизирующих излучений и химически активных газов могут с успехом применяться для широкого круга приложений, в которых убегающие электроны используются, в основном, внутри межэлектродного промежутка, например, для инициации разряда в лазере на плотном газе или возбуждения его активной среды или для стерилизации воздуха и других газовых смесей разрядом с убегающими электронами. Однако амплитуда тока электронного пучка в заанодном пространстве, где обычно ее измеряют с помощью каких-либо коллекторов тока, при этом может быть даже почти нулевой, поскольку электроны первичного пучка тормозятся в поле 5 объемного заряда 6. Если необходимо увеличить ток убегающих электронов в заанодное пространство, можно попытаться просто приблизить анод 9 к катоду 2. При этом, однако, уменьшится область разряда (что не всегда приемлемо), изменится энергия убегающих электронов, а разряд потеряет управляемость, т.к. может оказаться нарушенным условие (1) и разряд перейдет в неэффективную канальную форму. Увеличение плотности тока убегающих электронов в межэлектродном промежутке и заанодном пространстве более целесообразно осуществлять другим, нетривиальным, образом, показанным на Фиг.2. Этот частный случай осуществления заявляемого способа основан на компенсации возможного спада объемного заряда положительных ионов 6 (образующихся в следе прохождения первичного пучка убегающих электронов 14 по газу и приводящего к обратному току электронов 15 в газе в случае, когда площадь катода меньше или одного порядка с площадью анода) за счет выбора геометрии электродов 2 и 9 такой, чтобы по направлению от катода 2 к аноду 9 общее поперечное сечение пучков быстрых электронов постоянно и достаточно существенно уменьшалось, для чего, например, выбирают соответствующее соотношение размеров и/или формы анода и катода (например, как это показано на Фиг.2, или, например, при использовании геометрии электродов сферического, цилиндрического и т.п. типов), а также расстояния d между ними, либо используют для постепенного сужения пучка быстрых электронов соответствующую конфигурацию внешнего продольного магнитного поля с увеличивающейся по направлению к аноду напряженностью.All of the above particular cases of the implementation of the proposed method for generating beams of ionizing radiation and chemically active gases can be successfully used for a wide range of applications in which runaway electrons are used mainly within the interelectrode gap, for example, to initiate a discharge in a dense gas laser or excitation its active medium or for sterilizing air and other gas mixtures by a discharge with runaway electrons. However, the amplitude of the current of the electron beam in the anode space, where it is usually measured using any current collectors, can even be almost zero, since the electrons of the primary beam are decelerated in field 5 of the
Таким образом, седьмым новым и существенным отличием заявляемого способа является возможность регулирования плотности тока и энергии быстрых электронов в межэлектродном промежутке и в заанодном пространстве за счет использования концентрации (постепенного сужения) электронного пучка по направлению к аноду, полностью компенсирующей влияние спада распределения потенциала 6 положительных ионов в газе.Thus, the seventh new and significant difference of the proposed method is the ability to control the current density and energy of fast electrons in the interelectrode gap and in the anode space by using the concentration (gradual narrowing) of the electron beam towards the anode, which completely compensates for the influence of the decay of the potential distribution of 6 positive ions in the gas.
При недостаточно малой τU, ограниченной характеристиками используемого источника высоковольтного питания, для необходимой в этом случае задержки развития стримерного объемного разряда увеличивают τd в соответствии с условием τU≤τd/(Еcr/E), в межэлектродном промежутке устанавливают (как показано на Фиг.5) либо два диэлектрических барьера 24 и 25 (пропускающих практически без поглощения достаточно высокоэнергетичные убегающие электроны и поглощающие практически полностью медленные электроны) - один вплотную к аноду 25, а второй - 24 - на расстоянии порядка (1÷2)· Δ от катода, либо - один более толстый барьер 25 на расстоянии d более 2·Δ от катода, на обратной стороне которого нанесена или прикреплена анодная сетка. Барьер 25, расположенный вплотную к аноду, препятствует появлению зоны 8 и прорастанию стримера от анода к катоду по каналу, ионизованному первичным пучком быстрых электронов. Барьер 24 задерживает расширение зоны 3 в сторону анода, увеличивая время для повышения напряженности поля в зоне 3 до «надкритических» значений.If τ U is not small enough, limited by the characteristics of the high-voltage power source used, for the delay in the development of the streamer volume discharge necessary in this case, τ d is increased in accordance with the condition τ U ≤ τ d / (Е cr / E), set in the interelectrode gap (as shown 5) or two
Таким образом, восьмым существенным отличием заявляемого способа является указание места расположения диэлектрических барьеров 24 и 25, связанное с величиной Δ~τU·Vn, определяемой как родом и давлением газа, так и видом разряда, а также величинами τU, d и U0. При этом величина τU задана источником питания, а Vn легко оценить по известным формулам [36].Thus, the eighth significant difference of the proposed method is to indicate the location of the
При недостаточно короткой длительности τU для выполнения условия (1) может быть использован также частный случай заявляемого способа, отличающийся тем, что заземленный электрод (располагающийся на расстоянии d от высоковольтного) отсоединяют от земли, оставляя его под плавающим потенциалом, а на расстоянии D от него располагают дополнительный электрод, который заземляют, причем расстояние D и форму дополнительного электрода (иногда также и форму электрода под плавающим потенциалом и соответствующих изоляторов) выбирают такими, чтобы при приложении напряжения U к высоковольтному электроду сначала произошел разряд между заземленным дополнительным электродом и электродом с плавающим потенциалом, в отличие от [37] обостряющий и укорачивающий потенциал между высоковольтным электродом и электродом под плавающим потенциалом до необходимой величины τU, при которой уже затем этот потенциал позволяет осуществить разряд, удовлетворяющий условию (1).If the duration τ U is not short enough to fulfill condition (1), a special case of the proposed method can also be used, characterized in that the grounded electrode (located at a distance d from the high voltage) is disconnected from the ground, leaving it at a floating potential, and at a distance D from they have an additional electrode that is grounded, and the distance D and the shape of the additional electrode (sometimes also the shape of the electrode under the floating potential and the corresponding insulators) are chosen so that when when voltage U was applied to the high-voltage electrode, a discharge first occurred between the grounded additional electrode and the electrode with a floating potential, in contrast to [37] sharpening and shortening the potential between the high-voltage electrode and the electrode under the floating potential to the required value of τ U , at which this potential then allows to carry out a discharge satisfying condition (1).
В ряде приложений может оказаться полезным частный случай заявляемого способа, отличающийся тем, что для управления пучком (пучками) быстрых электронов в разрядном промежутке устанавливают дополнительно несколько заземленных или находящихся под плавающим потенциалом электродов и диэлектрических барьеров, обеспечивающих последовательное ускорение и/или поворот пучков быстрых электронов, генерируемых первоначально в одной из приэлектродных областей разряда.In a number of applications, it may be useful to special case of the proposed method, characterized in that to control the beam (s) of fast electrons in the discharge gap, an additional several grounded or floating potential electrodes and dielectric barriers are installed that provide sequential acceleration and / or rotation of fast electron beams generated initially in one of the electrode regions of the discharge.
Девятым существенным отличием (в том числе и от способа [31]) заявляемого способа может быть частный случай, отличающийся тем, что с целью увеличения длительности и плотности тока электронного пучка дополнительные электроды делают с использованием газонепроницаемых пленок и/или фольг и располагают их так, чтобы можно было поддерживать разное давление газа в различных секциях межэлектродного пространства, обеспечивая тем самым оптимальные условия для генерации быстрых электронов в одном из таких промежутков и усиление тока пучка быстрых электронов за счет лавинного размножения электронов в газе в следующем (следующих) промежутке (промежутках).The ninth significant difference (including from the method [31]) of the proposed method may be a particular case, characterized in that in order to increase the duration and current density of the electron beam, additional electrodes are made using gas-tight films and / or foils and placed so so that it is possible to maintain different gas pressures in different sections of the interelectrode space, thereby ensuring optimal conditions for the generation of fast electrons in one of these spaces and the amplification of the current of the fast beam electrons due to the avalanche multiplication of electrons in a gas in the next (next) interval (s).
В ряде приложений может оказаться полезным частный случай осуществления заявляемого способа, подобный вышеизложенному, но отличающийся тем, что спектр энергии и плотность тока электронов, генерируемых (размножаемых) в газонаполненном межэлектродном промежутке, может изменяться при необходимости непрерывно или периодически путем изменения состава и давления газовой смеси, заключенной в герметично отделенной секции указанного межэлектродного промежутка, оптимизируя таким образом, указанные выше параметры пучка для более эффективного того или иного его применения. Этот частный случай основан на экспериментальных данных [19], демонстрирующих зависимость спектра энергии убегающих электронов в объемном разряде от сорта и давления газа при тех же параметрах источника питания.In a number of applications, it may be useful for a particular case of the implementation of the proposed method, similar to the above, but characterized in that the energy spectrum and current density of the electrons generated (propagated) in the gas-filled interelectrode gap can be changed continuously or periodically, if necessary, by changing the composition and pressure of the gas mixture enclosed in a hermetically sealed section of said interelectrode gap, thereby optimizing the above beam parameters for more efficient about this or that application. This particular case is based on experimental data [19], which demonstrate the dependence of the energy spectrum of runaway electrons in a volume discharge on the type and pressure of the gas for the same parameters of the power source.
Тот же технический результат - регулирование спектра энергий быстрых электронов, получаемых в межэлектродном промежутке или в заанодной области разряда, - может быть получен также при использовании уже упоминавшихся выше диэлектрических барьеров (хотя бы частично прозрачных для убегающих электронов с достаточно большой энергией), но имеющих различную поглощающую способность и устанавливаемых в тех областях разрядного промежутка, в которых требуется регулировать спектр энергий убегающих электронов.The same technical result — the regulation of the energy spectrum of fast electrons obtained in the interelectrode gap or in the anode region of the discharge — can also be obtained by using the dielectric barriers mentioned above (at least partially transparent for runaway electrons with a sufficiently high energy), but with different absorption capacity and installed in those areas of the discharge gap in which it is necessary to regulate the energy spectrum of runaway electrons.
Для увеличения мгновенной мощности рентгеновского излучения, выходящего за пределы зоны разряда максимально изотропно (точечный источник рентгеновского излучения), может быть применен частный случай реализации заявляемого способа, отличающийся тем, что пучок быстрых электронов генерируют с максимально возможной площади катода и направляют на металлический антикатод меньшего размера (обычно с размером рабочей части 1÷2 мм, примерно как показано на Фиг.2b), а для изменения энергии квантов (длины волны) рентгеновского излучения от антикатода наряду с изменением амплитуды прикладываемого напряжения (что возможно, очевидно, в пределах, ограниченных областью существования данного разряда с учетом нелинейного влияния напряжения на ток электронного пучка, следовательно, на мощность рентгеновского излучения) используют изменение расстояния катод-антикатод или степени концентрации пучка быстрых электронов на этом расстоянии (что, как правило, много проще, чем изменение напряжения в разрядном промежутке), а также размещение в межэлектродном промежутке прозрачных для достаточно высокоэнергетичных убегающих электронов диэлектрических барьеров, меняющих энергию быстрых электронов в пучке, а соответственно, распределение энергии квантов тормозного излучения на антикатоде.To increase the instantaneous power of x-ray radiation that extends beyond the discharge zone as isotropically as possible (point source of x-ray radiation), a special case of the implementation of the proposed method can be applied, characterized in that a beam of fast electrons is generated from the maximum possible cathode area and sent to a smaller metal anticathode (usually with the size of the working
Другим частным случаем заявляемого способа, используемым для увеличения мгновенной мощности рентгеновского излучения, выходящего за пределы зоны разряда, является случай, иллюстрируемый Фиг.2а, отличающийся тем, что генерируют два или более встречных пучков 14 и 15 быстрых электронов, один из которых 14 имеет начало на катоде с площадью одного порядка или меньшей, чем площадь анодов, с которых начинаются другие пучки 15, причем все пучки сходятся в области положительного пространственного заряда, который генерируется первым пучком 14 в межэлектродном промежутке, а для изменения энергии квантов (длины волны) рентгеновского излучения (образуемого в процессе торможения пучков электронов в электрическом поле в области спада пространственного распределения 6 положительных ионов в межэлектродном промежутке) наряду с изменением амплитуды прикладываемого напряжения (что возможно, очевидно, в пределах, ограниченных областью существования данного разряда с учетом нелинейного влияния напряжения на ток электронного пучка, следовательно, на мощность рентгеновского излучения) используют изменение расстояния катод-анод или степени концентрации пучка быстрых электронов на этом расстоянии (что, как правило, много проще, чем изменение напряжения в разрядном промежутке), а также размещение в межэлектродном промежутке прозрачных для достаточно высокоэнергетичных убегающих электронов диэлектрических барьеров, меняющих энергию быстрых электронов в пучке, а соответственно, распределение энергии квантов тормозного излучения в межэлектродном промежутке.Another special case of the proposed method, used to increase the instantaneous power of x-ray radiation outside the discharge zone, is the case illustrated by Fig. 2a, characterized in that two or more opposing fast electron beams 14 and 15 are generated, one of which 14 has a start on the cathode with an area of one order of magnitude or less than the area of the anodes from which other beams 15 begin, and all the beams converge in the region of positive space charge, which is generated by the first beam 14 in the interele in the electrode gap, and for changing the energy of quanta (wavelength) of X-ray radiation (generated during the deceleration of electron beams in an electric field in the region of decay of the spatial distribution of 6 positive ions in the interelectrode gap) along with a change in the amplitude of the applied voltage (which is possible, obviously, within limited by the region of existence of this discharge, taking into account the nonlinear effect of voltage on the electron beam current, and therefore, on the x-ray power), we used cause a change in the cathode – anode distance or the degree of concentration of a fast electron beam at this distance (which is usually much simpler than a change in voltage in the discharge gap), as well as the placement of dielectric barriers transparent to sufficiently high energy runaway electrons in the interelectrode gap, which change the energy of fast electrons in the beam, and, accordingly, the energy distribution of quanta of bremsstrahlung in the interelectrode gap.
Для создания высокой концентрации озона, окислов азота или других химически активных или возбужденных атомов или молекул в каком-либо замкнутом газовом объеме 26, показанном на Фиг.6 (например, для возбуждения лазеров на агрессивных эксимерных средах, или для получения высокой и управляемой концентрации химически активных газов в замкнутых объемах проведения соответствующих химических реакций, имеющих, в общем случае, в этом замкнутом объеме состав газов, отличный от состава газа в остальном межэлектродном промежутке), хотя бы часть 29 указанного замкнутого объема, имеющую стенки (окна) 30 из диэлектрической пленки, частично прозрачной для достаточно высокоэнергетичных электронов, помещают в межэлектродный интервал 2-9 разряда, удовлетворяющего условию (1), с помощью быстрых электронов разряда генерируют внутри этой части газового объема соответствующие химически активные или возбужденные молекулы 20 до создания необходимых концентраций в импульсно-периодическом режиме и, при необходимости, прокачивают с помощью системы прокачки 28 газовую смесь из области 29, расположенной внутри межэлектродного промежутка, в остальную область 26 замкнутого газового объема, причем все конструктивные элементы высоковольтного генератора 1, 2, 9, 10 находятся вне зоны действия химически активных или агрессивных газов.To create a high concentration of ozone, nitrogen oxides, or other chemically active or excited atoms or molecules in any
Таким образом, десятым новым и существенным отличием заявляемого способа является возможность эффективно генерировать с помощью разряда с режимом работы, определяемым условием (1), химически активные или возбужденные атомы или молекулы в химически агрессивных газах без непосредственного контакта конструктивных элементов разряда с этими газами.Thus, the tenth new and significant difference of the proposed method is the ability to efficiently generate using a discharge with a mode of operation determined by condition (1) chemically active or excited atoms or molecules in chemically aggressive gases without direct contact of the structural elements of the discharge with these gases.
Частной разновидностью заявляемого способа, эффективной для генерации химически активных или возбужденных атомов или молекул в газовом объеме с доступом через малое (по сравнению с размерами анода) входное отверстие или расположенном за окном из диэлектрической пленки (металлической фольги), хотя бы частично прозрачной для электронов с достаточно высокой энергией, является разряд с режимом типа (1), высоковольтный (в случае одноэлектродного коронного разряда) или низковольтный электрод которого располагают в воздухе в максимальной близости от входного отверстия или окна упомянутого выше газового объема и производят серию импульсов разряда для создания и поддержания необходимой концентрации химически активных или возбужденных атомов и молекул в этом газовом объеме за счет убегающих электронов, УФ и рентгеновского излучения, проникающего через входное отверстие или окно.A private variant of the proposed method, effective for generating chemically active or excited atoms or molecules in a gas volume with access through a small (compared to the size of the anode) inlet or located outside the window of a dielectric film (metal foil), at least partially transparent to electrons with sufficiently high energy is a discharge with a regime of type (1), the high-voltage (in the case of a single-electrode corona discharge) or low-voltage electrode of which is placed in air at maximum awns from the inlet of said window or above the gas discharge volume and produce a series of pulses to create and maintain a desired concentration of reactive or excited atoms and molecules in the gas volume due to runaway electrons, UV and X-rays penetrating through the inlet opening or window.
Реализация заявляемого способа осуществлялась с использованием импульсных источников высоковольтного напряжения на базе трех основных схем формирования импульсов с напряжением порядка 100÷300 кВ, а именно, на базе а) емкостного накопителя по схеме генератора Маркса с обострительным конденсатором, газовым разрядником и формирующей линией [25, 26] (U0 до 300 кВ, длительность переднего фронта импульса напряжения на активной нагрузке τFU=3 нс, длительность τU импульса U на полувысоте равна 6 нс); б) импульсного трансформатора с серийным газовым разрядником Р-49 и формирующей линией (U0=130 кВ, τFU=1.2 нс, τU=2.5 нс, частота следования импульсов f=5 Гц); в) индуктивного накопителя энергии с размыкателями тока на базе SOS - диодов, обострительным и срезающим полупроводниковыми разрядниками [38] (U0=150 кВ, τFU=0.3 нс, τU=2 нс, f=3 кГц). Для примера на Фиг.7 приведена принципиальная электрическая схема высоковольтной части источника питания по варианту «б», на которую от стандартного сетевого тиристорного преобразователя подается постоянное напряжение +7 кВ. Здесь 31 - набор параллельных коммутирующих разрядников, 32 - импульсный трансформатор на выходное напряжение до 150 кВ, 33 - разрядник Р-49, 34 - газовый диод, L1 - шунтирующая индуктивность, С1, С2 - накопительный и обострительный конденсаторы, D1 - диод.Implementation of the proposed method was carried out using pulsed high-voltage voltage sources on the basis of three main pulse generation circuits with voltages of the order of 100 ÷ 300 kV, namely, on the basis of a) a capacitive storage device according to the Marx generator circuit with an sharpening capacitor, a gas spark gap and a forming line [25, 26] (U 0 up to 300 kV, the duration of the leading edge of the voltage pulse at the active load τ FU = 3 ns, the duration τ U of the pulse U at half maximum is 6 ns); b) a pulse transformer with a serial gas discharger P-49 and a forming line (U 0 = 130 kV, τ FU = 1.2 ns, τ U = 2.5 ns, pulse repetition rate f = 5 Hz); c) an inductive energy storage device with current isolators based on SOS diodes, peaking and cutting off semiconductor arresters [38] (U 0 = 150 kV, τ FU = 0.3 ns, τ U = 2 ns, f = 3 kHz). For example, Fig. 7 shows a circuit diagram of the high-voltage part of the power source according to option "b", to which a constant voltage of +7 kV is supplied from a standard network thyristor converter. Here 31 is a set of parallel switching arresters, 32 is a pulse transformer for an output voltage of up to 150 kV, 33 is a R-49 spark gap, 34 is a gas diode, L 1 is a shunt inductance, C 1 , C 2 are storage and sharpening capacitors, D 1 - diode.
Факт наличия пучка быстрых электронов (ионов) и УФ излучения фиксировался тремя разными методами: по свечению катодолюминесцентных экранов или кристаллов сапфира с титаном (для детектирования электронов расположенными за черной бумагой, картоном или алюминиевой фольгой с разной толщиной), а также по люминесцентному сигналу с кварцевого световода, для детектирования быстрых электронов закрытого черной бумагой или алюминиевой фольгой, поступающего через светофильтр (или монохроматор МДР-12) на ФЭУ, а затем на осциллограф.The fact of the presence of a beam of fast electrons (ions) and UV radiation was detected by three different methods: by glowing cathodoluminescent screens or sapphire crystals with titanium (for detecting electrons located behind black paper, cardboard or aluminum foil with different thicknesses), as well as by a luminescent signal from quartz optical fiber for detecting fast electrons covered by black paper or aluminum foil entering through a light filter (or MDR-12 monochromator) to a PMT, and then to an oscilloscope.
Для измерения формы импульса тока быстрых электронов использовались как стандартного типа цилиндры Фарадея, так и специально разработанный индуктивный коллектор тока, показанный на Фиг.1 и состоящий из графитового коллектора 12 с приемным торцом диаметром 7.5 мм (образующего небольшую емкость коллектор-катод) и калиброванной индуктивности 11 величиной Ls=2.7 нГн (3 нГн для коллектора №2). Активное сопротивление коллектора практически равно нулю. Такой коллектор со стороны земли малоиндуктивным образом соединялся с анодом 9, а снимаемый с калиброванной индуктивности 11 сигнал USθ=Ls·d(iD+θ·iB)/dt подавался на осциллограф Tektronix 3052 с аналоговой полосой 500 МГц и скоростью оцифровки одиночного сигнала в реальном времени 5 MS/s. Здесь iD - ток смещения в цепи коллектора, iВ - ток быстрых электронов на торец коллектора, θ - коэффициент пропускания быстрых электронов экраном или фольгой 13, установленным за анодом 9, как показано на Фиг.1. Процесс измерений тока быстрых электронов проходил в два этапа. Сначала измерялся сигнал Us1=Ls·d(iD+iB)/dt при θ=1, то есть без экрана или фольги 13. Затем в тех же условиях эксперимента сразу за анодом 9 устанавливался диэлектрический экран или металлическая фольга 13 калиброванной толщины и измерялся сигнал Us0=Ls·diD/dt при θ=0 (достаточно толстый экран, например, 1 мм полиэтилена). Вычитая Us0 из Us получаем ΔUs=Ls·diB/dt, интегрируя который по времени численно, поделив на Ls, получаем ток быстрых электронов на коллектор iВ(t). Примеры соответствующих осциллограмм приведены на Фиг.8, где 35 - сигнал Us1, 36 - сигнал Us0. Вид вычисленного тока быстрых электронов iB(t) приведен на Фиг.9. При значениях θ между 0 и 1 (калиброванные тонкие металлические фольги) тем же образом по методу калиброванных фолы измерялась энергия электронов в пучке за анодом.To measure the shape of the current pulse of fast electrons, we used both standard type Faraday cylinders and a specially designed inductive current collector, shown in Fig. 1 and consisting of a graphite collector 12 with a receiving end face with a diameter of 7.5 mm (forming a small collector-cathode capacitance) and calibrated inductance 11 value L s = 2.7 nH (3 nH for collector No. 2). The collector resistance is almost zero. Such a collector from the ground side was connected in a non-inductive manner to
Поскольку длительность фронта тока быстрых электронов составляет порядка 1 нс, то были проведены сравнения измеренных сигналов на осциллографе Tektronix 3052 и на осциллографе Tektronix TDS - 820, имеющем аналоговую полосу пропускания 6 ГГц. Сравнения показали, что сигналы с осциллографа Tektronix 3052 имеют затянутые фронты, но искажение сигнала не превышает 10÷15%, что укладывается в пределы повторяемости экспериментальных данных, следовательно, нашим измерениям на этом осциллографе вполне можно доверять.Since the duration of the fast electron current front is about 1 ns, we compared the measured signals with a Tektronix 3052 oscilloscope and a Tektronix TDS-820 oscilloscope with an
Поскольку при длительности фронта измеряемого сигнала порядка 1 нс стандартные цилиндры Фарадея кроме активной составляющей имеют большие индуктивные и емкостные составляющие в результирующем измеряемом падении напряжения, то интерпретация измеряемых ими сигналов является сложной задачей, связанной с решением интегродифференциального уравнения методом регуляризации. Поэтому основным измерителем тока быстрых электронов являлся описанный выше индуктивный коллектор, для которого обработка измеренного сигнала значительно проще.Since apart from the active component, the standard Faraday cylinders have large inductive and capacitive components in the resulting measured voltage drop when the front of the measured signal is about 1 ns long, interpreting the signals measured by them is a difficult task related to solving the integro-differential equation by the regularization method. Therefore, the main meter of fast electron current was the inductive collector described above, for which the processing of the measured signal is much simpler.
На Фиг.10 приведена фотография разряда с режимом работы, удовлетворяющим условию (1), полученного в воздухе при нормальных условиях с источником питания, изображенным на Фиг.7. Здесь 37 - проходной изолятор высоковольтного ввода. Катод 2 выполнен из меди в виде конуса с закруглением вершины радиусом 2 мм. Анод 9 - латунная сетка с размером ячейки 0.7 мм. d=1.7 см. 38 - черная бумага, не пропускающая УФ и видимое излучение разряда на катодолюминесцентный экран 39. 40 - разряд с убегающими электронами (УЭ) смешанного коронного и объемного типов, 41 - разряд с УЭ чисто коронного типа, 42 - разряд с УЭ по поверхности диэлектрика. На Фиг.10 наблюдается свечение (почти белое) области 3; свечение (фиолетовое) молекул воздуха, возбуждаемых электронами ионизационного каскада, ускоряемыми в межэлектродном промежутке 40; свечение (голубое) катодолюминесцентного экрана 39, вызванное быстрыми электронами, прошедшими в заанодную область через черную бумагу 38. Катодолюминесцентный экран, помещенный в районе свечения газа от коронного разряда 41, закрытый поставленной перед ним черной бумагой или алюминиевой фольгой (10 мкм) также светится и под действием убегающих электронов из этого типа разряда. Аналогичное свечение такого экрана 39 наблюдается и при приближении его сбоку 42 к внешней окружности проходного изолятора 37, что подтверждает факт генерации быстрых электронов в разряде по поверхности диэлектрика (оргстекло) при выполнении условия (1). Уникальность картины, изображенной на Фиг.10, состоит еще и в том, что от одного источника питания одновременно стабильно работают три разных формы разряда - коронный 41, объемный 40 и по поверхности диэлектрика 42. Это может служить косвенным подтверждением автоволнового характера движения фронтов ионизации в данном режиме разряда.Figure 10 shows a photograph of a discharge with an operating mode satisfying condition (1) obtained in air under normal conditions with the power source shown in Figure 7. Here 37 is the bushing of the high voltage input. The
Разряд с параметрами, удовлетворяющими условию (1), был получен нами также с источниками питания типа «а» и «в», описанными выше. В частности, с источником питания на генераторе Маркса при площади плоских электродов более 1000 см2 перевод разряда из канальной формы в режим (1) был осуществлен нами как за счет укорочения τU срезающим разрядником с 7 нс до 4 нс, так и за счет уменьшения Vn, которое было достигнуто увеличением d с рекомендуемого в [25, 26] 1.0 см до 6 см. Режим разряда, удовлетворяющий условию (1), был реализован нами на том же источнике питания с генератором Маркса при использовании диэлектрической трубки диаметром 5 мм длиной диэлектрической разрядной части 12 см при d=5 см, а также при использовании двух лавсановых барьеров толщиной 100 мкм, один из которых был установлен вплотную к аноду, а второй на расстоянии 3 мм от катода (при d=5.5 см, при котором в соответствии с [25, 26] расстояние катод барьер 24 должно бы быть 1.1 см).A discharge with parameters satisfying condition (1) was also obtained by us with the “a” and “b” power sources described above. In particular, with a power source on a Marx generator with a flat electrode area of more than 1000 cm 2, the discharge was transferred from the channel form to mode (1) by both shortening τ U with a cutting spark gap from 7 ns to 4 ns, and by reducing V n , which was achieved by increasing d from the recommended value in [25, 26] 1.0 cm to 6 cm. The discharge mode satisfying condition (1) was implemented by us on the same power source with a Marx generator using a 5 mm diameter dielectric tube dielectric part 12 cm at d = 5 cm, as well as when using two
На Фиг.11 приведена фотография того же разряда, что и на Фиг.10, но с d=55 мм и расположением анода 9 сбоку от оси высоковольтного электрода 2. Картина аналогична биполярному коронному разряду, но с регистрацией быстрых электронов, вылетающих из межэлектродного промежутка на экран 39.Figure 11 shows a photograph of the same discharge as in Figure 10, but with d = 55 mm and the location of the
На Фиг.12 приведена фотография коронного разряда в тех же условиях, но с тремя электродами при d=45 мм от катода 2 до каждого из анодов 9. Фотографии на Фиг.11 и 12 являются неопровержимым доказательством правильности той физической модели разряда, удовлетворяющего условию (1), которую мы используем для описания основных физических процессов в нем.Figure 12 shows a photograph of the corona discharge under the same conditions, but with three electrodes at d = 45 mm from the
На Фиг.13 приведена фотография разряда с двух проволочных (диаметр 2 мм) катодов на заземленный электрод 43 и на электрод под плавающим потенциалом 44, а также между этими электродами. При этом катодолюминесцентный экран за черной бумагой люминесцирует, что подтверждает генерацию в разряде быстрых электронов, проникающих на экран. Этот эксперимент подтверждает возможность независимой генерации быстрых электронов одновременно из нескольких приэлектродных зон типа 3, а также возможность работы разряда с незаземленными электродами и с них на заземленные электроды..Figure 13 shows a photograph of a discharge from two wire (2 mm diameter) cathodes to a grounded
На Фиг.14 приведена фотография типичного объемного разряда с плоским латунным катодом круглого сечения диаметром 1 см при d=1.7 см. Катодолюминесцентный экран регистрирует наличие электронов за черной бумагой в заанодной области. На катоде наблюдается система прикатодных зон 3. Область положительного заряда 7 находится вблизи анода 9.On Fig shows a photograph of a typical volume discharge with a flat brass cathode of circular cross section with a diameter of 1 cm with d = 1.7 cm. A cathodoluminescent screen detects the presence of electrons behind black paper in the anode region. A system of
Результаты измерения тока быстрых электронов в заанодной области эксперимента Фиг.14 (источник питания «б») с помощью описанного выше индуктивного коллектора, приведенные на Фиг.8 и 9, показывают, что плотность тока в этой конфигурации разряда достигает 50 А/см2, а амплитуда полного тока электронного пучка в заанодной области достигает 180 А.The results of measuring the current of fast electrons in the anode region of the experiment of Fig. 14 (power supply "b") using the inductive collector described above, shown in Figs. 8 and 9, show that the current density in this discharge configuration reaches 50 A / cm 2 , and the amplitude of the total electron beam current in the anode region reaches 180 A.
При концентрации пучка убегающих электронов (УЭ) за счет выбора полусферической формы сеточных электродов, как показано на Фиг.3, с диаметром катода 5 см, а анода 0.8 см при d=5 см с тем же источником питания в воздухе при нормальных условиях получена амплитуда плотности тока УЭ за анодом, превышающая 150 А/ см2, а амплитуда общего тока УЭ в заанодной области оценивается величиной более 500 А.At the concentration of the runaway electron beam (RE) due to the selection of the hemispherical shape of the grid electrodes, as shown in Fig. 3, with a cathode diameter of 5 cm and an anode of 0.8 cm at d = 5 cm with the same power source in air under normal conditions, the amplitude was obtained the current density of the RE behind the anode, exceeding 150 A / cm 2 , and the amplitude of the total current of RE in the anode region is estimated to be more than 500 A.
Еще более высокие амплитудные значения плотности тока УЭ удалось реализовать в эксперименте, выполненным по схеме типа Фиг.2а, то есть в разряде, являющемся комбинацией разряда в цилиндрической диэлектрической неэкранированной кварцевой трубке диаметром 9 мм, длиной диэлектрической разрядной части L=2d, при d=4 см. В качестве анода использовалась полусфера из латунной сетки диаметром 5 мм с размером ячеек 0.7 мм и диаметром проволоки 0.2 мм. Амплитуда плотности тока УЭ в заанодной области вблизи оси разряда достигла в этом случае величины 300 А/см2.It was possible to realize even higher amplitude values of the current density of the RE in an experiment performed according to the scheme of Fig. 2a, i.e., in a discharge that is a combination of a discharge in a cylindrical dielectric unshielded quartz tube with a diameter of 9 mm, the length of the dielectric discharge part L = 2d, with d = 4 cm. A hemisphere of brass mesh with a diameter of 5 mm with a mesh size of 0.7 mm and a wire diameter of 0.2 mm was used as the anode. The amplitude of the current density of REs in the anode region near the discharge axis in this case reached 300 A / cm 2 .
Таким образом, экспериментальным путем подтверждена осуществимость режима разряда, описываемого условием (1) и эффективность генерации пучков УЭ в нем. При напряжениях разряда от 100 кВ до 300 кВ энергия основной массы УЭ в заанодной области, измеренная с помощью индуктивного коллектора и калиброванных фольг (по стандартному методу калиброванных фольг), составила от 70 кэВ до 250 кэВ.Thus, the feasibility of the discharge mode described by condition (1) and the generation efficiency of RE beams in it have been experimentally confirmed. At discharge voltages from 100 kV to 300 kV, the energy of the majority of REs in the ananode region, measured using an inductive collector and calibrated foils (according to the standard method of calibrated foils), ranged from 70 keV to 250 keV.
Возможность генерации пучков УЭ с большой апертурой также экспериментально подтверждена. Нами, например, получен пучок УЭ в воздухе при нормальных условиях с выходной апертурой (площадь анода из латунной сетки с размером ячейки 0.7 мм) 4 см × 30 см при разряде с режимом работы (1), U0=300 кВ, τFU=3 нс, τU=4 нс, d=1 см, катод - 19 ножовочных полотен, площадь поперечного сечения катода 6 см × 31 см. В этих условиях амплитуда плотности тока пучка составила в заанодной области более 20 А/см2, а амплитуда общего тока пучка УЭ превышала 3 кА, что во много раз превышает ток пучка быстрых электронов, наблюдавшихся известными способами в объемном разряде в воздухе при нормальных условиях.The possibility of generating UE beams with a large aperture has also been experimentally confirmed. For example, we obtained a RE beam in air under normal conditions with an output aperture (anode area of a brass mesh with a mesh size of 0.7 mm) 4 cm × 30 cm for a discharge with the operating mode (1), U 0 = 300 kV, τ FU = 3 ns, τ U = 4 ns, d = 1 cm, the cathode — 19 hacksaw blades, the cross-sectional area of the cathode was 6 cm × 31 cm. Under these conditions, the amplitude of the beam current density in the anode region was more than 20 A / cm 2 , and the amplitude the total current of the RE beam exceeded 3 kA, which is many times higher than the current of the fast electron beam observed by known methods in a volume discharge in zduhe under normal conditions.
Экспериментально подтверждена и возможность генерации в воздухе атмосферного давления рентгеновского излучения с энергиями в импульсе не нДж, как в известных способах, а по крайней мере мкДж, что при частоте следования импульса 3÷5 кГц (источники питания на полупроводниковых размыкателях тока) обеспечивает стандартную для медицинских рентгеновских аппаратов дозу облучения 0.5 Р за 0.2 с. Измерения мощности дозы рентгеновского излучения разряда с режимом работы (1) проводились нами с помощью дозиметра ДРГЗ-1. При частоте следования импульсов 4 Гц были получены мощности дозы от 50 мкР/с (в схеме эксперимента, соответствующей Фиг.1) до 2 мР/с (в схеме эксперимента, соответствующей Фиг.2а). Для регистрации высоких мощностей доз рентгеновского излучения использовалась диафрагма в свинцовом экране перед приемной апертурой дозиметра с последующим суммированием измерений с различным положением диафрагмы относительно оси приемной апертуры (поскольку верхний предел измерения дозиметра был ниже необходимого).The possibility of generating x-ray radiation at atmospheric pressure with energies in the pulse of not nJ, as in the known methods, but at least μJ, which at a pulse repetition rate of 3 ÷ 5 kHz (power supplies using semiconductor current breakers) provides the standard for medical X-ray machines, the dose of 0.5 R in 0.2 s. We measured the dose rate of the X-ray radiation of the discharge with the operating mode (1) using the DRGZ-1 dosimeter. At a pulse repetition rate of 4 Hz, dose rates from 50 μR / s (in the experimental design corresponding to FIG. 1) to 2 mR / s (in the experimental design corresponding to FIG. 2a) were obtained. To record high X-ray dose rates, a diaphragm was used in the lead screen in front of the receiving aperture of the dosimeter, followed by summing up the measurements with different positions of the diaphragm relative to the axis of the receiving aperture (since the upper limit of the dosimeter was lower than necessary).
Прямым доказательством получения рентгеновского излучения в разряде по заявляемому способу является получение рентгеновского снимка (Фиг.15) образца 45 в виде буквы Z, сделанной из медной фольги толщиной 300 мкм (близко к поглощающей способности костей грудной клетки человека), помещенной в пакет из черной бумаги, располагаемый на расстоянии 10 см от оси разряда между двумя плоскими электродами с диаметром сеточного катода 4 см и диаметром сплошного латунного анода 2 см. Для получения снимка Фиг.15 использовалось излучение от 70 импульсов разряда.Direct evidence of obtaining x-ray radiation in the discharge according to the claimed method is to obtain an x-ray image (Fig. 15) of
При работе разряда в режиме, определяемом условием (1), в воздухе атмосферного давления генерируется высокая концентрация молекул озона, что легко обнаруживается по его характерному запаху. Оценки концентрации озона проводились нами по изменению (после включения разряда) поглощения фиолетового излучения, проходящего через герметично запаянный пакет из полиэтиленовой пленки толщиной 50 мкм, помещенный частично между электродами, аналогично схеме эксперимента Фиг.6. Полученные оценки концентрации озона порядка 50 мг/ м3 показывают, что разряд с УЭ является очень эффективным генератором озона, вполне сравнимым по эффективности с электронными пучками из вакуумных диодов [39].When the discharge operates in the mode determined by condition (1), a high concentration of ozone molecules is generated in atmospheric pressure air, which is easily detected by its characteristic odor. Estimates of the ozone concentration were carried out by us based on the change (after the discharge was turned on) of the absorption of violet radiation passing through a hermetically sealed package of a 50 μm thick polyethylene film partially placed between the electrodes, similar to the experimental design of Fig. 6. The obtained estimates of ozone concentration of the order of 50 mg / m 3 show that discharge from REs is a very efficient ozone generator, quite comparable in efficiency with electron beams from vacuum diodes [39].
Таким образом, нами в нескольких вариантах экспериментально реализован заявляемый способ с достижением основных технических результатов, на которые он направлен, то есть с генерацией пучка быстрых электронов, ионов, атомов, рентгеновского, УФ и фиолетового излучения, а также озона и т.п. химически активных молекул.Thus, in several versions we experimentally implemented the inventive method with the achievement of the main technical results that it is aimed at, that is, with the generation of a beam of fast electrons, ions, atoms, X-ray, UV and violet radiation, as well as ozone, etc. chemically active molecules.
Источники информацииInformation sources
1. УФН, т.107, №2, с.261, 19721. Physics-Uspekhi, vol. 107, No. 2, p. 261, 1972
2. Доклады АН СССР, т.177, №1, с.72, 19672. Reports of the USSR Academy of Sciences, vol. 177, No. 1, p. 72, 1967
3. ЖТФ,т.34, с.1530, 19693. ZhTF, v. 34, p. 1530, 1969
4. ЖТФ, т.42, в.4, с.795, 19724. ZhTF, v. 42, v.4, p. 795, 1972
5. ЖТФ, т.44, в.3, с.564, 19745. ЖТФ, т.44, в.3, p.564, 1974
6. Письма в ЖТФ, т.1, в.4, с.186, 19756. Letters to the ZhTF, v.1, v.4, p.186, 1975
7. Известия ВУЗов. Радиофизика, т.20, №4, с.637, 19777. Proceedings of universities. Radiophysics, vol. 20, No. 4, p. 637, 1977
8. Письма в ЖТФ, т.3, в.3, с.12, 19778. Letters to the ZhTF, v.3, v.3, p.12, 1977
9. ЖТФ, т.48, в.8, с.1617, 19789. ZhTF, t.48, v.8, s.1617, 1978
10. Письма в ЖТФ, т.5. в.2, с.69, 197910. Letters to the ZhTF, v.5. B.2, p.69, 1979
11. а.с. №820511 от 28.05.197911. a.s. No. 820511 dated 05/28/1979
12. а.с. №980550 от 09.08.197912. a.s. No. 980550 from 08/09/1979
13. ЖТФ, т.51, в.9, с.1823, 198113. ZhTF, t.51, v.9, p. 1823, 1981
14. Письма в ЖТФ, т.7. в.14, с.853, 198114. Letters to the ZhTF, t.7. c.14, p.853, 1981
15. Письма в ЖТФ, т.7, в.21, с.1315, 198115. Letters to the ZhTF, v.7, v.21, s.1315, 1981
16. Письма в ЖТФ, т.8, в.15, с.947, 198216. Letters to the ZhTF, vol. 8, v.15, p. 947, 1982
17. а.с. 1126128 от 02.06.198317. A.S. 1126128 dated 02/06/1983
18. ТВТ, т.21, №3, с.577, 198318. TVT, t.21, No. 3, p.577, 1983
19. ЖТФ, т.55, в.5, с.956, 198519. ZhTF, t.55, v.5, s.956, 1985
20. а.с. №1259884 от 17.01.198520. a.s. No. 1259884 dated 01/17/1985
21. а.с. №1473658 от 198521. a.s. No. 1473658 of 1985
22. Письма в ЖТФ, т.11, в.7, с.38, 198522. Letters to the ZhTF, v.11, v.7, p. 38, 1985
23. ПТЭ, №2, с.188, 198923. PTE, No. 2, p. 188, 1989
24. УФН, т.160, в.7, с.49, 199024. UFN, vol. 160, v. 7, p. 49, 1990
25. ЖТФ, т.60, в.9, с.138, 199025. ЖТФ, vol. 60, c. 9, p. 138, 1990
26. Известия ВУЗов. Физика. Деп. ВИНИТИ. №6249-В90, 14.12.199026. Proceedings of universities. Physics. Dep. VINITI. No. 6249-B90, 12/14/1990
27. Известия ВУЗов. Физика. Деп. ВИНИТИ. №6250-В90, 14.12.199027. Proceedings of universities. Physics. Dep. VINITI. No. 6250-B90, 12/14/1990
28. Известия ВУЗов. Физика. №2, с.7, 199228. Proceedings of universities. Physics. No. 2, p. 7, 1992
29. Известия ВУЗов. №6, с.67, 199329. Proceedings of universities. No. 6, p. 67, 1993
30. Письма в ЖТФ, т.19, в.18, с.21, 199330. Letters to the ZhTF, v.19, v.18, p.21, 1993
31. а.с.№2113033 от 20.02.199731. a.s.№2113033 from 02.20.1997
32. Письма в ЖТФ, т.24, в.7, с.39, 199832. Letters to the ZhTF, v.24, v.7, p. 39, 1998
33. УФН, т.171, №11, с.1177, 200133. UFN, t. 171, No. 11, p. 1177, 2001
34. Доклады РАН, т.379, №5, с.606. 200134. Reports of the Russian Academy of Sciences, vol. 379, No. 5, p. 606. 2001
35. Доклады РАН, т.382, №1, с.31, 200235. Reports of the Russian Academy of Sciences, vol. 382, No. 1, p. 31, 2002
36. Физическая энциклопедия. Под ред. А.М.Прохорова. М.: Советская энциклопедия, 1990, с.18936. Physical encyclopedia. Ed. A.M. Prokhorova. M .: Soviet Encyclopedia, 1990, p. 189
37. А.с. №1799194 от 8.10.199237. A.S. No. 1799194 dated 8/10/1992
38. Письма в ЖТФ, т.27, в.1, с.81, 200138. Letters to the ZhTF, v.27, v.1, p.81, 2001
39. Химия высоких энергий, т.30, №3, с.386, 199639. Chemistry of high energies, vol. 30, No. 3, p. 386, 1996
40. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М.: Наука, 199140. Korolev Yu.D., Month A.A. Physics of pulse breakdown of gases. M .: Nauka, 1991
41. Лагарьков А.Н., Руткевич И.М. Волны электрического пробоя в ограниченной плазме. М.: Наука, 198941. Lagarkov A.N., Rutkevich I.M. Waves of electrical breakdown in a limited plasma. M .: Nauka, 1989
42. Физическая энциклопедия. Гл. редактор А.М.Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, стр.18942. Physical encyclopedia. Ch. Editor A.M. Prokhorov. M .: Soviet Encyclopedia, 1990, vol. 2, p. 189
43. Физическая энциклопедия. Гл. редактор А.М.Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, стр.540 и т.3, стр.66543. Physical encyclopedia. Ch. Editor A.M. Prokhorov. M .: Soviet Encyclopedia, 1990, v. 2, p. 540 and v. 3, p. 665
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003127683/28A RU2274923C2 (en) | 2003-09-01 | 2003-09-01 | Method for producing beams of fast electrons, ions, atoms, as well as ultraviolet and roentgen rays, ozone, and/or other chemically active molecules in dense gases |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003127683/28A RU2274923C2 (en) | 2003-09-01 | 2003-09-01 | Method for producing beams of fast electrons, ions, atoms, as well as ultraviolet and roentgen rays, ozone, and/or other chemically active molecules in dense gases |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003127683A RU2003127683A (en) | 2005-03-10 |
RU2274923C2 true RU2274923C2 (en) | 2006-04-20 |
Family
ID=35364402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003127683/28A RU2274923C2 (en) | 2003-09-01 | 2003-09-01 | Method for producing beams of fast electrons, ions, atoms, as well as ultraviolet and roentgen rays, ozone, and/or other chemically active molecules in dense gases |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2274923C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589725C2 (en) * | 2014-08-12 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр – | Method for generation of modulated corona discharge and device for its implementation |
RU2647887C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Duoplasmatron source of gas ions |
RU2656333C1 (en) * | 2015-01-12 | 2018-06-05 | Гуанчжоу Цин ГУ Медикал Технолоджи Ко., ЛТД | Plasma device with a replacement discharge tube |
RU2733050C1 (en) * | 2020-03-04 | 2020-09-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for formation of multichannel electric breakdown of solid-state insulator and device for its implementation |
RU2773778C1 (en) * | 2021-10-21 | 2022-06-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for forming a multi-channel electric breakdown of a solid state insulator |
-
2003
- 2003-09-01 RU RU2003127683/28A patent/RU2274923C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589725C2 (en) * | 2014-08-12 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр – | Method for generation of modulated corona discharge and device for its implementation |
RU2589725C9 (en) * | 2014-08-12 | 2016-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") | Method for generation of modulated corona discharge and device for its implementation |
RU2656333C1 (en) * | 2015-01-12 | 2018-06-05 | Гуанчжоу Цин ГУ Медикал Технолоджи Ко., ЛТД | Plasma device with a replacement discharge tube |
RU2647887C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Duoplasmatron source of gas ions |
RU2733050C1 (en) * | 2020-03-04 | 2020-09-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for formation of multichannel electric breakdown of solid-state insulator and device for its implementation |
RU2773778C1 (en) * | 2021-10-21 | 2022-06-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for forming a multi-channel electric breakdown of a solid state insulator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003127683A (en) | 2005-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tarasenko | Runaway electrons in diffuse gas discharges | |
Levko et al. | Present status of runaway electron generation in pressurized gases during nanosecond discharges | |
Babich et al. | Peculiarities of detecting pulses of runaway electrons and X-rays generated by high-voltage nanosecond discharges in open atmosphere | |
Zubarev et al. | Mechanism and dynamics of picosecond radial breakdown of a gas-filled coaxial line | |
Tarasenko et al. | Supershort avalanche electron beams and X-rays in atmospheric-pressure air | |
Shao et al. | Repetitive nanosecond-pulse discharge in a highly nonuniform electric field in atmospheric air: X-ray emission and runaway electron generation | |
Beloplotov et al. | Generation of runaway electrons in plasma after a breakdown of a gap with a sharply non-uniform electric field strength distribution | |
Yatom et al. | X-ray diagnostics of runaway electrons generated during nanosecond discharge in gas at elevated pressures | |
Beloplotov et al. | Inverted polarity effect at the subnanosecond high-voltage breakdown of air | |
Schweigert et al. | Mechanism of formation of subnanosecond current front in high-voltage pulse open discharge | |
Ivanov et al. | Investigation of the prebreakdown stage of the self-sustained subnanosecond discharge in high pressure nitrogen | |
Ivanov et al. | Streak investigations of the dynamics of subnanosecond discharge developing in nitrogen at a pressure of 6 atm with the participation of runaway electrons | |
Bokhan et al. | Investigation of the characteristics and mechanism of subnanosecond switching of a new type of plasma switches. I. Devices with counter-propagating electron beams—kivotrons | |
US7579578B2 (en) | Advanced multipurpose pseudospark switch having a hollow cathode with a planar spiral electrode and an aperture | |
Tarasenko et al. | Supershort avalanche electron beam generation in gases | |
Zhang et al. | Effect of cathode and anode materials on the high-energy electron beam in the nanosecond-pulse breakdown in gas-filled diodes | |
RU2274923C2 (en) | Method for producing beams of fast electrons, ions, atoms, as well as ultraviolet and roentgen rays, ozone, and/or other chemically active molecules in dense gases | |
Nashilevskiy et al. | A high repetition rate electron accelerator with a water Blumlein and a matching transformer | |
Maltsev | Dense gas discharge with runaway electrons as a new plasma source for surface modification and treatment | |
Stefan et al. | Small-gap undulator research at the NSLS: concepts and results | |
Ivanov | Investigation of the switching characteristics of high-pressure subnanosecond gas dischargers with the purpose of a sharp increasing of the breakdown voltages and the switching speed | |
Baksht et al. | Excess electron energy in vacuum diodes | |
Nistor et al. | Electron energy distribution function in a transient open-ended hollow cathode discharge | |
Rousskikh et al. | Compact X-ray radiograph based on a plasma gun | |
Sato et al. | Polycapillary radiography using a quasi-x-ray-laser generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070902 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20090220 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090708 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090826 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110902 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130427 |
|
HE4A | Notice of change of address of a patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20150528 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160902 |