RU2646845C2 - Device for forming pulse of high-current electron accelerator - Google Patents
Device for forming pulse of high-current electron accelerator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646845C2 RU2646845C2 RU2016128428A RU2016128428A RU2646845C2 RU 2646845 C2 RU2646845 C2 RU 2646845C2 RU 2016128428 A RU2016128428 A RU 2016128428A RU 2016128428 A RU2016128428 A RU 2016128428A RU 2646845 C2 RU2646845 C2 RU 2646845C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gap
- filled
- cathode
- electrode
- current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/12—Arrangements for varying final energy of beam
Abstract
Description
Устройство относится к области ускорительной техники, а точнее к технике получения высокоинтенсивного импульсного пучка электронов различной длительности. Наиболее эффективно оно может быть использовано для формирования импульсов электронного или тормозного излучения высокой интенсивности и различной длительности в сильноточных ускорителях электронов прямого действия, например, используемых в технологии испытаний и исследований образцов на радиационную стойкость для получения многообразия дозовых, амплитудно-временных нагружений.The device relates to the field of accelerator technology, and more specifically to a technique for producing a high-intensity pulsed electron beam of various durations. It can be most effectively used to generate pulses of high-intensity electron or bremsstrahlung radiation of various durations in high-current direct-action electron accelerators, for example, used in the technology of testing and studying samples for radiation resistance to obtain a variety of dose, amplitude-time loads.
В известных сильноточных ускорителях электронов прямого действия типа ИГУР-3 [1] устройство формирования импульса (УФИ) состоит из индуктивного накопителя энергии (ИНЭ), выход которого соединен с электровзрывным прерывателем тока (ЭВП) и бескорпусным обостряющим разрядником (ОР), помещенных в бак (∅ 2 м) с трансформаторным маслом. Второй вывод ЭВП заземлен. Выходной электрод ОР в виде токовода пропущен через проходной изолятор (ПИ) и образует катод вакуумного диода (ВД) в ускорительной трубке.In the known high-current direct-acting electron accelerators of the IGUR-3 type [1], the pulse-forming device (UVI) consists of an inductive energy storage device (INE), the output of which is connected to an electric explosive current chopper (EEC) and an open-circuit sharpening arrestor (OR) placed in the tank (∅ 2 m) with transformer oil. The second terminal of the EEC is grounded. The output electrode OR in the form of a current lead is passed through a bushing insulator (PI) and forms the cathode of a vacuum diode (VD) in an accelerating tube.
Электровзрывной прерыватель тока состоит из набора медных проволочек выбранного диаметра, размещенных параллельно в воздухе внутри 10 полиэтиленовых труб длиной 8 м, находящихся в трансформаторном масле.An electric explosive current chopper consists of a set of copper wires of a selected diameter placed in parallel in the air inside 10 polyethylene pipes 8 m long, located in transformer oil.
Недостатки УФИ проявляются в том, что выходное импульсное электронное или тормозное излучения имеют невысокую воспроизводимость амплитудно-временных характеристик при заданном режиме работы ускорителя (30-40%), обусловленную нестабильностью режима формирования импульса из-за несинхронности процесса взрыва проводников в 10 трубах и неконтролируемого ускорительного промежутка ВД. Длительность импульса по нижней границе диапазона составляет ≥80 нс и ограничена технологическими возможностями формирования ЭВП (длительность импульса однозначно связана с диаметром проволочек при их постоянном суммарном сечении, при этом затруднено снаряжение в трубах проволочек диаметром менее 0,07 мм и длиной 8 м). Конструкция бака не позволяет достигать напряжения на ЭВП более 8 MB.The disadvantages of UVI are that the output pulsed electron or bremsstrahlung have a low reproducibility of amplitude-time characteristics at a given accelerator operation mode (30-40%), due to the instability of the pulse formation mode due to the unsynchronism of the process of exploding conductors in 10 pipes and uncontrolled accelerator gap VD. The pulse duration at the lower end of the range is ≥80 ns and is limited by the technological possibilities of forming an EEC (the pulse duration is uniquely associated with the diameter of the wires at their constant total cross-section, while it is difficult to equip the tubes of wires with a diameter of less than 0.07 mm and a length of 8 m). The design of the tank does not allow reaching a voltage on the EEC of more than 8 MB.
Известно устройство формирования импульса ускорителей прямого действия ЭМИР-М [2], содержащее ИНЭ, выход которого соединен с электродом ЭВП тока и ОР, размещенных в баке с трансформаторным маслом. Второй электрод ЭВП заземлен. При этом токовод второго электрода ОР, пропущенный через ПИ, образует катод ВД в ускорительной трубке. Электровзрывной прерыватель тока представляет собой набор из 10 герметичных полиэтиленовых труб диаметром 130 мм и длиной 4 м, в которые помещаются кассеты с проводниками. На момент срабатывания трубы заполняются сжатым воздухом с давлением до 3 атмосфер. Обостряющий разрядник - обычное двухэлектродное бескорпусное устройство, работающее на самопробое в трансформаторном масле.A device is known for generating a pulse of direct-acting accelerators EMIR-M [2], containing INE, the output of which is connected to the electrode of the EEC current and OR, located in the tank with transformer oil. The second electrode of the EEC is grounded. In this case, the current lead of the second OR electrode, passed through the PI, forms the VD cathode in the accelerator tube. An electric explosive current chopper is a set of 10 sealed polyethylene pipes with a diameter of 130 mm and a length of 4 m, in which cassettes with conductors are placed. At the moment of operation, the pipes are filled with compressed air with a pressure of up to 3 atmospheres. The sharpening spark gap is a conventional two-electrode open-frame device operating on self-test in transformer oil.
Недостатком подобного УФИ являются:The disadvantage of this UVI are:
- необходимость регулировки рабочего зазора ОР, находящегося в масляном объеме бака и ответственного за формирование импульса, что связано с временными затратами и перегрузкой большого объема масла;- the need to adjust the working gap OP located in the oil volume of the tank and responsible for the formation of the impulse, which is associated with time and overload of a large amount of oil;
- невысокая воспроизводимость амплитудно-временных характеристик импульсов электронного и тормозного излучений при заданном режиме работы ускорителя (30-40%), обусловленная несинхронностью процесса взрыва проводников в 10 трубах и неконтролируемого зазора ускорительного промежутка ВД;- low reproducibility of the amplitude-time characteristics of pulses of electronic and bremsstrahlung at a given mode of operation of the accelerator (30-40%), due to the non-synchronization of the process of explosion of conductors in 10 pipes and uncontrolled clearance of the accelerator gap of the VD;
- ограниченный диапазон формирования длительности импульсов выходного излучения снизу, обусловленный технологическими возможностями формирования ЭВП (чем меньше длительность импульса, тем меньше диаметр проволочек ЭВП);- a limited range of formation of the duration of the pulses of the output radiation from below, due to the technological capabilities of the formation of the EEC (the shorter the pulse duration, the smaller the diameter of the wires of the EEC);
- трудности технологического обслуживания ЭВП и низкая производительность ускорителя, связанные с тем, что большая часть продуктов при электровзрыве проволочек залипает на внутренней поверхности полиэтиленовых труб, что повышает их поверхностную проводимость, приводящую к электрическому пробою и частым заменам этих труб.- difficulties in technological maintenance of EEC and low accelerator performance due to the fact that most of the products during electrical explosion of wires stick to the inner surface of polyethylene pipes, which increases their surface conductivity, leading to electrical breakdown and frequent replacement of these pipes.
Наиболее близким, принятым за прототип, является УФИ ускорителя электронов прямого действия типа УИН-10 [3]. Устройство содержит бескаркасный ИНЭ, выход которого соединен с входными электродами ЭВП тока и двухкаскадного газового ОР, размещенных в баке с трансформаторным маслом, при этом токовод второго электрода ОР, пропущенный через ПИ, образует катод ВД в ускорительной трубке, а второй электрод ЭВП заземлен. Электровзрывной прерыватель тока размещен в воздухе, в полиэтиленовой трубе с внутренним диаметром 1 м и длиной 11 м, позволяющей поддерживать ее состояние в условиях, исключающих как поверхностный, так и объемный электрический пробой при достижении на ЭВП напряжения до 10 MB. Двухкаскадный газовый ОР позволяет регулировать в определенной степени параметры формируемого импульса ускорителя посредством изменения в нем давления газа без слива масла из бака (напряжение срабатывания и передний фронт импульса), а задний фронт импульса определяется характером цепи нагрузки. Длительность импульса электронного или тормозного излучения на выходе ускорителя регулируется в ограниченном пределе подбором диаметра проволочек ЭВП при их неизменной длине и суммарном сечении по принципу - чем меньше диаметр проволочки, тем меньше длительность импульса. Минимальная длительность импульсов излучения (≥80 нс), ограничиваемая технологическими трудностями снаряжения ЭВП, достигнута при использовании проволочек ЭВП диаметром 0,07 мм при оптимальном давлении газа в ОР.The closest adopted for the prototype is the UVI of a direct-action electron accelerator type UIN-10 [3]. The device contains a frameless INE, the output of which is connected to the input electrodes of the current EEC and a two-stage gas OR located in the tank with transformer oil, while the current lead of the second OR electrode, passed through the PI, forms the VD cathode in the accelerating tube, and the second EVP electrode is grounded. An electric explosive current chopper is placed in air, in a polyethylene pipe with an inner diameter of 1 m and a length of 11 m, which allows it to be maintained under conditions that exclude both surface and volume electric breakdown when the voltage reaches 10 MB on the EEC. A two-stage gas OR allows you to control to a certain extent the parameters of the accelerator pulse formed by changing the gas pressure in it without draining the oil from the tank (operating voltage and the leading edge of the pulse), and the trailing edge of the pulse is determined by the nature of the load circuit. The duration of the pulse of electronic or bremsstrahlung at the output of the accelerator is regulated to a limited extent by selecting the diameter of the wires of the EEC with their constant length and total cross-section according to the principle - the smaller the diameter of the wire, the shorter the pulse duration. The minimum duration of radiation pulses (≥80 ns), limited by the technological difficulties of equipping the EVP, was achieved using EVP wires with a diameter of 0.07 mm at the optimal gas pressure in the OR.
К существенным недостаткам прототипа относится невысокая воспроизводимость как амплитудных, так и временных характеристик выходных импульсов электронного и тормозного излучений (30÷40%) при получении напряжений на ЭВП более 4 MB, обусловленная неконтролируемым состоянием величины ускорительного промежутка ВД до прихода основного импульса.Significant disadvantages of the prototype include the low reproducibility of both the amplitude and time characteristics of the output pulses of electronic and bremsstrahlung (30 ÷ 40%) when the voltage on the EEC is more than 4 MB, due to the uncontrolled state of the value of the accelerating gap of the VD before the arrival of the main pulse.
Кроме того, приведенное в прототипе УФИ может изменять с помощью давления газа в ОР в определенных пределах передний фронт импульса электронного и тормозного излучений, но не способно влиять на параметры заднего фронта импульсов излучений, вследствие чего формируются импульсы с ограниченной минимальной длительностью (не менее 80 нс). Используемый в качестве ОР двухкаскадный газовый разрядник имеет ограниченное воздействие на формирование переднего фронта импульса в силу конечного быстродействия двухкаскадной схемы с оказанием влияния на спектрально-энергетические характеристики импульсов, при этом существенно снижает напряжение на ВД (до 20%).In addition, the UVI shown in the prototype can change the leading edge of the electron and bremsstrahlung pulses with certain gas pressure in the OR within certain limits, but it is not able to influence the parameters of the trailing edge of the radiation pulses, as a result of which pulses with a limited minimum duration of at least 80 ns are formed ) The two-stage gas spark gap used as an OR has a limited effect on the formation of the leading edge of the pulse due to the finite speed of the two-stage circuit with an effect on the spectral-energy characteristics of the pulses, while significantly reducing the voltage on the VD (up to 20%).
Предлагается устройство формирования импульса сильноточного ускорителя электронов прямого действия, содержащее указанные признаки прототипа.A device for generating a pulse of a direct current high-speed electron accelerator is proposed, which contains the indicated features of the prototype.
Отличительные признаки предлагаемого УФИ заключаются в том, что выход ИНЭ шунтируется жидкостнонаполненным срезающим разрядником (CP) с изменяемым зазором, а непосредственно перед катодом ВД в тоководе электрода однокаскадного газонаполненного ОР установлен бескорпусный разделительный разрядник (РР) с тороидальными электродами и изменяемым зазором, выходной электрод которого совмещен с катодом ВД. При этом время срабатывания CP регулируется и больше суммарного времени срабатывания OP, РР и ВД, а напряжение срабатывания РР регулируется и ниже напряжения срабатывания ВД.Distinctive features of the proposed UVI are that the INE output is shunted by a liquid-filled cutting spark gap (CP) with a variable gap, and directly in front of the VD cathode in the current lead of a single-stage gas-filled OR there is an open-gap separation spark gap (PP) with a toroidal electrode and a variable electrode behind it and a variable electrode combined with the cathode of the VD. In this case, the response time of the CP is regulated and is longer than the total response time of OP, PP and VD, and the response voltage of the PP is regulated and lower than the response voltage of the VD.
Для пояснения свойств и работы описываемого объекта на рис. 1 приведена эквивалентная электрическая схема УФИ.To explain the properties and operation of the described object in Fig. 1 shows the equivalent electrical circuit of the UVI.
Использование однокаскадного газонаполненного разрядника с изменяемым давлением в качестве ОР не изменяет его функций, но позволяет повысить быстродействие (уменьшить время срабатывания) за счет уменьшения индуктивности и активного сопротивления его канала разряда, а также снизить на нем падение напряжения, т.е., повысить КПД ускорителя и расширить диапазон ускоряющих напряжений для режимов формирования длительности импульса ВД.The use of a single-stage gas-filled spark gap with a variable pressure as an OP does not change its functions, but it allows to increase the speed (reduce the response time) by reducing the inductance and resistance of its discharge channel, and also reduce the voltage drop across it, i.e., increase the efficiency accelerator and expand the range of accelerating voltages for the modes of formation of the pulse duration of the VD.
Введение в УФИ жидкостнонаполненного CP с регулируемым зазором (масляный, безкорпусной разрядник), соединение его электрода с выходом ИНЭ и входом газонаполненного ОР, при заземленном другом электроде CP, придает УФИ новые функции, свойства и связи.The introduction of a liquid-filled CP with an adjustable gap into the UV radiation (oil, housingless spark gap), the connection of its electrode with the INE output and the gas-filled OR input, when another CP electrode is grounded, gives the UV radiation new functions, properties and communications.
Использование жидкостнонаполненного CP обеспечивает режим шунтирования выхода ИНЭ, осуществляемый в зависимости от времени срабатывания CP и определяемый его регулируемым межэлектродным зазором из условия, что время срабатывания CP всегда больше суммарного времени срабатывания ОР, РР, ВД. Подобное включение CP в УФИ создает связи, обеспечивающие идентичные предстартовые условия для работы CP и ОР, минимизирует влияние их пусковых характеристик на воспроизводимость длительности формируемого импульса электронного или тормозного излучения.The use of liquid-filled CP provides an INE output bypass mode, which is implemented depending on the response time of the CP and determined by its adjustable interelectrode gap, provided that the response time of the CP is always greater than the total response time of the OP, PP, VD. Such inclusion of CP in the UVI creates bonds providing identical pre-launch conditions for CP and OP operation, minimizes the influence of their starting characteristics on the reproducibility of the duration of the generated pulse of electronic or bremsstrahlung.
Реализация подобной связи и условия совместной работы нагрузочных цепей с ОР и CP придают УФИ новую функцию по формированию длительности импульса и его заднего фронта, позволяющую расширить диапазон формирования длительности импульса в сторону ее уменьшения.The implementation of such a connection and the conditions for the joint operation of load circuits with OR and CP give the UVI a new function in the formation of the pulse duration and its trailing edge, which allows expanding the range of formation of the pulse duration in the direction of its decrease.
Длительность формируемого УФИ импульса зависит от интервала между временем срабатывания нагрузочных цепей с ОР и CP, а задний фронт импульса определяется не параметрами цепи нагрузки с ОР, а параметрами CP и его разрядного контура. Для расширения диапазона длительности импульса электронного или тормозного излучения от нижней границы длительности импульса используется параллельная нагрузочная цепь, состоящая из CP с его разрядным контуром, сопротивление которой в проводящем состоянии много меньше, чем сопротивление нагрузочной цепи с ОР. Подобное включение CP позволяет формировать импульсы электронного и тормозного излучений с неизменной мощностью при уменьшении длительности импульса до суммарной длительности, включающей передний фронт на ОР и задний фронт на CP, а также более короткие по длительности импульсы при уменьшении их мощности.The duration of the generated UVI pulse depends on the interval between the response time of the load circuits with OR and CP, and the trailing edge of the pulse is determined not by the parameters of the load circuit with OR, but by the parameters of CP and its discharge circuit. To extend the range of the pulse duration of electronic or bremsstrahlung from the lower limit of the pulse duration, a parallel load circuit is used, consisting of CP with its discharge circuit, the resistance of which in the conducting state is much less than the resistance of the load circuit with OR. A similar inclusion of CP allows one to generate pulses of electronic and bremsstrahlung with constant power while reducing the pulse duration to a total duration that includes a leading edge on the OP and a trailing edge on CP, as well as shorter pulses with decreasing power.
Электрическая прочность ПИ зависит от амплитуды приложенного напряжения и его длительности [4], поэтому установленный на выходе ИНЭ CP при срабатывании уменьшает длительность импульса и тем самым выполняет новые функции, обеспечивающие повышение надежности и долговечности работы ПИ, а с другой стороны, при уменьшении длительности импульса существует возможность повысить напряжение на ПИ, что позволяет увеличить выходную мощность ускорителя.The dielectric strength of a PI depends on the amplitude of the applied voltage and its duration [4], therefore, the CP installed at the output of the INE CP when activated reduces the pulse duration and thereby performs new functions that increase the reliability and durability of the PI, and on the other hand, reduce the pulse duration it is possible to increase the voltage across the PI, which allows to increase the output power of the accelerator.
Использование в тоководе ОР непосредственно перед катодом ВД разделительного разрядника с тороидальными электродами и изменяемым зазором, выходной электрод которого совмещен с катодом ВД, существенно снижает потенциал предымпульса на ВД, передаваемого через конструктивную емкость ОР (Сор) до прихода основного импульса, уменьшая или исключая влияние взрывной эмиссии с электродов ВД на его промежуток, чем улучшает воспроизводимость амплитудно-временных и спектрально-энергетических характеристик импульса в выбранном режиме работы ускорителя.The use of a separation arrester with toroidal electrodes and a variable gap directly in front of the VD cathode, the output electrode of which is combined with the VD cathode, significantly reduces the prepulse potential of the VD transmitted through the OR construction capacitance (С opt ) until the main pulse arrives, reducing or eliminating the effect explosive emission from the VD electrodes to its gap, which improves the reproducibility of the amplitude-time and spectral-energy characteristics of the pulse in the selected operating mode corvette.
Разделительный разрядник изменяет функцию активной (проводной) электрической связи между ОР и ВД на емкостную, что понижает потенциал предымпульса на катоде ВД и придает ему новые свойства, повышающие ресурс, ослабляющие или исключающие взрывную эмиссию и движение плазмы в зазоре ВД до прихода основного импульса, что стабилизирует ускоряющий промежуток ВД и повышает воспроизводимость выходных характеристик ускорителя.The separation arrester changes the function of the active (wire) electrical connection between the OR and the VD to a capacitive one, which lowers the prepulse potential at the VD cathode and gives it new properties that increase the resource, weaken or exclude explosive emission and plasma motion in the VD gap before the main pulse arrives, which stabilizes the accelerating gap of the VD and increases the reproducibility of the output characteristics of the accelerator.
При работе УФИ энергия от мощного импульсного источника, поступающая в нагрузочную цепь, состоящую из ИНЭ и ЭВП (рис. 1), приводит к срабатыванию ЭВП примерно при максимуме тока IL (подбирается при настройке). На этот момент в индуктивности L ИНЭ сосредотачивается максимальная величина электромагнитной энергии, полученной от импульсного источника, что составляет примерно половину энергии импульсного источника, а вторую половину энергии поглощает ЭВП на осуществление размыкания. Происходящие в разрядном контуре УФИ процессы до разрыва цепи ЭВП, в момент разрыва и после характеризуются током, напряжением на ЭВП и представлены на рис. 2, на котором позиция 1 - ток в цепи с ИНЭ и ЭВП, позиция 2 - напряжение на ЭВП.During UVI operation, the energy from a powerful pulsed source entering the load circuit, consisting of INE and EEC (Fig. 1), causes the EEC to operate at approximately the maximum current I L (selected during tuning). At this moment, the maximum value of the electromagnetic energy received from the pulsed source is concentrated in the inductance L INE, which is approximately half the energy of the pulse source, and the second half of the energy is absorbed by the EEC to open. The processes occurring in the discharge circuit of the UVI before the breakdown of the EEC circuit, at the moment of rupture and after are characterized by current, voltage on the EEC and are presented in Fig. 2, in which
С момента срабатывания ЭВП ИНЭ выступает как источник энергии, при этом напряжение UL на выходе ИНЭ и его нагрузке возрастает в 2-5 раз по сравнению с напряжением импульсного источника в зависимости от скорости вклада энергии в ЭВП (UL ~ LdIL/dt).From the moment of triggering the EEC, the INE acts as a source of energy, while the voltage U L at the output of the INE and its load increases 2-5 times in comparison with the voltage of the pulsed source depending on the rate of energy contribution to the EEC (U L ~ LdI L / dt) .
Разряд ИНЭ осуществляется по двум параллельным нагрузочным цепям. Одна нагрузочная цепь содержит ОР, ПИ, РР, ВД, а вторая содержит только CP, при этом разрядники ОР и CP этих цепей имеют идентичные стартовые условия. Различие во времени срабатывания нагрузочных цепей и характеризует, собственно, формирование длительности импульса.The INE discharge is carried out on two parallel load circuits. One load circuit contains OR, PI, PP, VD, and the second contains only CP, while the arresters OR and CP of these circuits have identical starting conditions. The difference in the response time of the load circuits characterizes, in fact, the formation of the pulse duration.
Различие во времени срабатывания нагрузочных цепей определяется временем развития разряда в этих цепях. Скорости формирования канала разряда в газонаполненных разрядниках типа ОР и в вакуумных разрядниках типа РР, в условиях существующих больших перенапряжений, соизмеримы и достигают 109 см/с [4]. В жидкостнонаполненных разрядниках типа CP скорость формирования канала разряда достигает 107 см/с [5], что определяет различие во времени развития разряда в ОР, РР и CP и характеризует, собственно, формирование длительности импульса напряжения.The difference in the response time of the load circuits is determined by the development time of the discharge in these circuits. The rates of formation of the discharge channel in gas-filled arresters of the OP type and in vacuum arresters of the PP type, under the conditions of existing large overvoltages, are comparable and reach 10 9 cm / s [4]. In liquid-filled arresters of type CP, the rate of formation of the discharge channel reaches 10 7 cm / s [5], which determines the difference in the time of development of the discharge in the OR, PP and CP and characterizes, in fact, the formation of the voltage pulse duration.
Импульс напряжения формируется на ЭВП вследствие резкого обрыва тока, а его предымпульс (часть импульса напряжения на ЭВП до срабатывания ОР), через конструктивную емкость ОР (например, Сор, рис. 1), передается на токовод ПИ и РР, достигая потенциала относительно земли в сотни киловольт. При отсутствии РР в нагрузочной цепи подобное напряжение вызывает взрывную эмиссию и образование плазмы с электродов ВД, изменяющей за время предымпульса реальную конфигурацию его ускоряющего промежутка к приходу основного импульса. Присутствие в цепи РР с регулируемым зазором позволяет уменьшить или избежать взрывной эмиссии с электродов ВД до прихода основного импульса.A voltage pulse is formed on the EEC due to a sharp break in the current, and its prepulse (part of the voltage pulse on the EEC before the OP is triggered), is transmitted to the PI and RR current lead through the constructive capacitance of the OP (for example, Op ), reaching the potential relative to the ground hundreds of kilovolts. In the absence of PP in the load circuit, such a voltage causes explosive emission and plasma formation from the VD electrodes, which changes the real configuration of its accelerating gap to the arrival of the main pulse during the prepulse. The presence in the PP circuit with an adjustable gap makes it possible to reduce or avoid explosive emission from the VD electrodes before the arrival of the main pulse.
До момента срабатывания РР от основного импульса напряжение предымпульса распределено на емкостях межэлектродных промежутков РР (Срр) и ВД (Свд), представленных на рис. 3, на котором 1 - электроды РР, 2 - держатель электрода (изолятор), 3 - катод ВД, 4 - анод ВД.Until the triggering of the PP from the main pulse, the prepulse voltage is distributed across the capacitances of the interelectrode spacings of the PP (C pp ) and VD (C vd ) shown in Fig. 3, on which 1 - PP electrodes, 2 - electrode holder (insulator), 3 - VD cathode, 4 - VD anode.
При выполнении условия Срр<<Свд, напряжение на катоде ВД (Uвд) до прихода основного импульса существенно ниже напряжения на РР (Upp) и может быть оценено по формулеWhen the condition C pp << C vd is met, the voltage at the cathode of the VD (U vd ) before the main pulse arrives is significantly lower than the voltage at PP (U pp ) and can be estimated by the formula
Uвд≈UppCрр/(Cpp+Свд).U vd ≈U pp C pp / (C pp + C bg).
Как следует из формулы, при уменьшении емкости Срр посредством конструктивного исполнения РР величина Uвд может быть снижена в несколько раз.As follows from the formula, by decreasing the capacitance C pp by means of the PP design, the value of U vd can be reduced several times.
При этом РР выполняет функции снижения напряжения на катоде ВД и напряженности поля на нем, исключающего или существенно снижающего явление взрывной эмиссии электронов и, следовательно, стабилизирует величину ускоряющего промежутка ВД до прихода основного импульса, а также образует новые связи между тоководом ОР и катодом ВД, обеспечивающие функции формирования более короткого фронта основного импульса на ВД.In this case, the RR performs the functions of reducing the voltage at the cathode of the VD and the field strength on it, eliminating or substantially reducing the phenomenon of explosive emission of electrons and, therefore, stabilizes the accelerating gap of the VD before the arrival of the main pulse, and also forms new connections between the current lead of the OR and the cathode of the VD, providing functions for the formation of a shorter front of the main pulse on the VD.
По истечении регулируемого времени срабатывания CP, которое больше времени срабатывания нагрузочная цепи ОР→ПИ→РР→ВД, эта цепь шунтируется нагрузочной цепью с СР. Длительность формируемого на ВД импульса напряжения и импульса ТИ за мишенью-конвертером определяется разницей во времени срабатывания нагрузочных цепей с CP и ОР.After the adjustable response time CP has elapsed, which is longer than the response time, the load circuit OP → ПИ → РР → ВД, this circuit is bridged by the load circuit with СР. The duration of the voltage pulse generated by the VD and the TI pulse behind the converter target is determined by the difference in the response time of the load circuits with CP and OR.
Подобное включение в устройство формирования импульса CP при его срабатывании позволяет уменьшить сопротивление формируемой им новой нагрузочной цепи и снизить ток в нагрузке (ВД) практически до нуля, что обеспечивает увеличение сопротивления канала ОР за счет снижения на нем напряжения и облегчает условия работы ПИ и ОР.Such inclusion of a CP pulse in the pulse shaping device when it is triggered allows to reduce the resistance of the new load circuit formed by it and to reduce the current in the load (VD) to almost zero, which ensures an increase in the resistance of the OR channel due to a decrease in voltage on it and facilitates the operating conditions of PI and OR.
Достоинством технического решения является то, что устройство позволяет существенно повысить воспроизводимость амплитудно-временных характеристик электронного или тормозного излучений на выходе ускорителя для выбранного режима работы, расширить практически до нуля нижнюю границу диапазона формирования длительности формируемого импульса, снизить длительность действия нагрузки на проходной изолятор, увеличить рабочий ресурс проходного изолятора и катода вакуумного диода.The advantage of the technical solution is that the device can significantly increase the reproducibility of the amplitude-time characteristics of electronic or bremsstrahlung at the output of the accelerator for the selected operating mode, expand the lower boundary of the range of formation of the pulse duration to almost zero, reduce the duration of the load on the bushing, increase the working resource of a bushing insulator and a cathode of a vacuum diode.
Источники информацииInformation sources
1. B.C. Диянков, В.П. Ковалёв, А.И. Кормилицын и др. Мощные импульсные генераторы тормозного излучения и электронных пучков на основе индуктивных накопителей энергии. // Известия высших учебных заведений: Физика, 1995, №12, с. 85-92.1. B.C. Diyankov, V.P. Kovalev, A.I. Kormilitsyn et al. Powerful pulsed generators of bremsstrahlung and electron beams based on inductive energy storage. // News of higher educational institutions: Physics, 1995, No. 12, p. 85-92.
2. Импульсные ускорители электронов с индуктивным накопителем энергии // под ред. В.П. Ковалёва - Снежинск: Изд-во РФЯЦ-ВНИИТФ, 2012 г. - 338 с.2. Pulse electron accelerators with inductive energy storage // Ed. V.P. Kovaleva - Snezhinsk: Publishing House of the RFNC-VNIITF, 2012 - 338 p.
3. Mordasov N.G., Ivaschenko D.M., Chlenov A.M. et al. Monitoring of Energetic Characteristics of Electron Beams During Formation of High-Power Pulsed Bremsstrahlung. // Book of Abstracts of 15th International Conference on High-Power Particle Beams, S-Petersburg, Russia, 2004.3. Mordasov NG, Ivaschenko DM, Chlenov AM et al. Monitoring of Energetic Characteristics of Electron Beams During Formation of High-Power Pulsed Bremsstrahlung. // Book of Abstracts of 15 th International Conference on High-Power Particle Beams, S-Petersburg, Russia, 2004.
4. Г.А. Месяц. Импульсная энергетика и электроника. - М.: Наука, 2004 г. - 704 с.4. G.A. Month. Pulse energy and electronics. - M.: Science, 2004 .-- 704 p.
5. В.Я. Ушаков. Импульсный электрический пробой жидкостей. – Томск: Изд. ТГУ, 1975 г. - 258 с.5. V.Ya. Ushakov. Pulse electrical breakdown of liquids. - Tomsk: Ed. TSU, 1975 - 258 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016128428A RU2646845C2 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | Device for forming pulse of high-current electron accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016128428A RU2646845C2 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | Device for forming pulse of high-current electron accelerator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2646845C2 true RU2646845C2 (en) | 2018-03-12 |
Family
ID=61627579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016128428A RU2646845C2 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | Device for forming pulse of high-current electron accelerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2646845C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2705207C2 (en) * | 2018-03-23 | 2019-11-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Electron accelerator based on ferroelectric plasma cathode |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355992B1 (en) * | 1998-08-11 | 2002-03-12 | Utron Inc. | High voltage pulse generator |
| RU2259008C2 (en) * | 2002-10-01 | 2005-08-20 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - РФЯЦ-ВНИИЭФ | High-voltage pulse shaping device |
| RU2312454C1 (en) * | 2006-02-16 | 2007-12-10 | Олег Георгиевич Егоров | Impulse generator on inductive energy accumulator with transformer connection |
-
2016
- 2016-07-12 RU RU2016128428A patent/RU2646845C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355992B1 (en) * | 1998-08-11 | 2002-03-12 | Utron Inc. | High voltage pulse generator |
| RU2259008C2 (en) * | 2002-10-01 | 2005-08-20 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - РФЯЦ-ВНИИЭФ | High-voltage pulse shaping device |
| RU2312454C1 (en) * | 2006-02-16 | 2007-12-10 | Олег Георгиевич Егоров | Impulse generator on inductive energy accumulator with transformer connection |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Mordasov N.G., Monitoring of Energetic Characteristics of Electron Beams During Formation of High-Power Pulsed Bremsstrahlung, Book of Abstracts of 15 th International Conference on High-Power Particle Beams, S-Petersburg, Russia, 2004. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2705207C2 (en) * | 2018-03-23 | 2019-11-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Electron accelerator based on ferroelectric plasma cathode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bloess et al. | The triggered pseudo-spark chamber as a fast switch and as a high-intensity beam source | |
| EP2161801A2 (en) | Dual power source pulse generator for a triggering system | |
| Neuber et al. | A compact, repetitive, 500kV, 500 J, Marx generator | |
| RU2646845C2 (en) | Device for forming pulse of high-current electron accelerator | |
| US3510713A (en) | Method of and appparatus for producing a highly concentrated beam of electrons | |
| RU2666353C1 (en) | Sub-nanosecond electrons accelerator | |
| Alekseev et al. | Generation of runaway electrons in atmospheric pressure air under 30–200 kV voltage pulses of rise time 1.5 ns | |
| CN104412470A (en) | Spark gap with a capacitive energy accumulator | |
| Brussaard et al. | A 2.5-MV subnanosecond pulser with laser-triggered spark gap for the generation of high-brightness electron bunches | |
| RU2305364C1 (en) | Generator of high potential voltage impulses of picosecond duration | |
| RU223870U1 (en) | CONTROLLED VACUUM SWITCH OF COMBINED TYPE | |
| RU203340U1 (en) | Controlled gas-filled arrester | |
| RU2766434C1 (en) | Method for forming current pulse in inductive load | |
| SU410502A1 (en) | ||
| Kozlov et al. | Formation of the voltage pulses up to 400 kilovolts with front pulse less than 10 nanoseconds | |
| RU107646U1 (en) | CONTROLLED PLASMA DISCHARGE | |
| Zhang et al. | A three-electrode gas switch triggered by microhollow cathode discharge with low trigger voltage | |
| Shpak et al. | Subnanosecond front, high-voltage generator based on a combined pulsed forming line | |
| RU2559022C1 (en) | Pulse ionic accelerator | |
| Molchanov et al. | New low-inductance capacitor-switch assembly | |
| SU950084A1 (en) | Laser arrester | |
| Frolov et al. | Gas-filled laser-triggered spark gap | |
| CN108183392B (en) | Pre-ionization triggered field distortion type high-pressure gas switch | |
| RU2207647C1 (en) | Switching device | |
| CN106559007B (en) | A kind of adjustable dipulse fast rise time dash current generation device and method of being delayed |