SU441663A1 - Наносекундный коммутатор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области формировани  высоковольтных наносекундных импульсов и может примен тьс  в технике получени  мощных наносекундных импульсных пучков электронов, в экспериментах по физике частиц высоких энергий дл  питани  больших стримерных и искровых камер.

Известны высоковольтные наносекундныа коммутаторы, коммутирующие токи в несколько дес тков килоампер и более, разр дники которых наход тс  в сжатом газе, а запускающие электроды имеют выступающие над поверхностью электродов иглы.

Однако в таких коммутаторах после нескольких сот импульсов необходимо замен ть иглы. Это св зано с тем, что вначале разр д развиваетсл на острие, которое при таких больших токах быстро обгорает , в вследствие этого увеличиваетс  разброс по времен  ыажду

jсрабатывани ми разр дников. Замена игл требует остановки машины и частичной ее разборки, что не всег да просто в таких крупных установках .

Целью изобретени   вл етс  получение крутого наносекундного фронта высоковольтного импульса на сильноточной нагрузке при повышенной надежности и долговечности коммутатора и относительной простоте его выполнени .

Это достигаетс  тем, что в предлагаемом коммутаторе используетс  несколько параллельно включенных трехэлектродных разр дников, одновременность работы которых обеспечиваетс  oднoвpeмeнныi4 по влением подсветки и двойного перенапр жени  с крутым фронтом во всех разр дниках. Подсветка и перенадр жение возникают в момент срабатывани  дополнительного двухэаектродного разр дника, включен1н©го на половину полного напр жени  и электрически св занного со средними электродами трехэлектродных разр дников. При этом подсветка встроена в средний электрод каждого разр дника таким образом, что основной коммутируемый ток залшкаетс  через основные электроды разр дников, не вызйва  обгорани 

вспомогательного электрода подсветки .

На чертеже приведена принципиальна  схема предлагаемого коммутатора дл  случа  использовани  его в двойной форшрующей линии.

Коммутатор состоит из нескольких основных трехэлектродннх разр дников I и одного запускающего двухэлектродного разр дника 2, Высоковольтные электроды 3 трехэлекарод{шх .разр дников соединены с высоковольтным электродом 4 формирующей линии, а электроды 5 и электрод 6 двухэлектродного разр дника - с зеыл ныгл электродом 7 ЛИНИИ. Каждый разр дник находитс  в отдельном изол ционном корпусе заполненном сжатым газом (азот, SF 6 ), Средний электроде трехэлектродного разр дника шлеет дополнительный электрод 9, Искра, об{зазуща с  в зазоре между &лектродаш 8 и 9, используетс  дл  подсветки основных зазоров трехэлвктродного разр дника. Электрод 9 электрически св зан с электродом 8 через индуктивность (или резистор ) 10. Кроме того, электрод 9 шлеет электрическую св зь через резистор (или индуктивность)II с высоковольтные/ электродом 12 двухэлектродного разр дника 2, Подвижна  пластина 13 установлена так, что потенциал электродов 8 и 12 равен половине потенциала электродов 3 в момент импульсной зар дки формирующей линии. Элактрод Б двухэлектродного разр дника выполнен в виде концентрических колец с острывАИ кра ми дл  уменьшени  разброса в|)емвни срабатывани .

Коммутатор работает следующим образом.

При зар дке высоковольтного электрода 4 $ормирущеЗ линии от импульсного источника с микросекундным врвменеи зар дки (генератор Аркадьева-Маркса, импульсный трансформатор) потенциалн на

электродах комлтутатора распредел ютс  тагам образом, что на электродах 8 и 12 они равны. Дл  выравнивани  этих потенциалов служит

пластина 13, местоположение ко орой в пространстве мекду электродал Л 4 и 7 линии определ етс  путем построени  картины пол  в электролитической ванне на модели.

Дл : исключени  небольшой разницы потенциалов ке8дау электродами 8 и 12, котора  может по витьс 

из-за неточности расположени  пластины 13 и поивести к преждевременному пробою промежутка В-9, слу шт индуктивность (резистор) 10, Величина этой индуктивности (резистора) определ етс  из двух условий: а) величина индуктивности Трезистора) дол/ша быть не очень

большой с тем, чтобы за врем  действи  1йикросекунд 1)го иьшульса зар дки возможна  разность потенциалов между элбктрода.ми В и 12 выравнивалась за вреьш, лшого меньшее времени зар дки формфущвй линии , и не достигала бы вежчины напр жени  пробо  промежут ш 8-9; б) величина этой индуктивности (резистора ) должна быть достаточно большой, чтобы после срабатывани  запускащего двухэлектродного разр дника  аносекундрп й ш.шульс напр жени  достаточной дл  пробо  промежутка 8-9 величины выдел лс  на индуктивности (разисторе).

Оба эти услови  легко выполн ютс  , так 1сак величина фронта импульса зар дки на 2-3 пор дка больше величины фронта наносекундного импульса, получащегос  при срабатывании запускающего двухэлектродного разр дника. После достижени  максишльного напр жени  на формирующей линии срабатывает запускающий двухэлектродный разр дник 2, напр жение на котором все врем  соответствует половине основного напр жени  линии. Момент вреА5ени дробо  двухэлектродного разр дниш 2 опережает момент самовробо  любого из трехэлектродных разр дников I, Это обеспечиваетс  выбором промежутков и давлени  газа в разр дниках. При этом зазоры и давление газа во всех трехэлектродных разр дниках одинаковы, а в двухэлектродном могут мен тьс  либо два этих параметра , дибо один из них. При пробое двухэлектродиого разр дника потенциал электродов 9 с наносеку дной посто нной времени принимает потенциал электро .да 12, т.е. потенциал земли. Возникаща  разность потенциалов между электродами 8 и 9 приводит к пробою этих промежутков и по влению подсветки. Потенциал электродов 8 также становитс  равным потенциалу земли с посто нной T CgRnC g - емкость электрода 8 на землю ; Rii - величина резистора Под воздействием интенсивной подсветки и двойного перенапр жени  промежутки 3-8 трехэлектродных разр дников пробиваютс  с малым временным разбросом. После этого полное напр жение выдел етс  на резисторах II, и нижние промежутки 0-5 трехэлектродных разр дников также пробиваютс  при двойном пере напр жении и воздействии подсветки через отверсти  в электродах 8 с малым временным разбросом. Таким образом, обеспечиваетс  одновремен ность срабатывани  всех трехэлектродных разр дников в коммутаторе. Величина резистора (индуктивности) II выбираетс  также из двух условий: а) дл  создани  крутого фронта перенапр жени  в промежутках 3-8 посто нна  времени C-CgRn должна быть пор дка величина фрон та импульса, получающегос  при пробое двухэлектродного разр дника 2 ( практически единицы наносекунд ); т.е. Rii должно быть по возможности малым ; б) дл  получени  наибольшего напр жени , прикладываемого к промежуткам 8-5 после пробо  промежутков 3-8, должно выполн тьс  условие Hii ( Р - волновое сопротивление формирующей линии ; п - количество трехэлоктродных разр дников в коммутаторе . Эти противоположные услови  выполн ютс  в наносекундных генеторах , дл  которых величина волнового сопротивлени  формирующей линии составл ет обычно дес тки ом и менее. В случае, если разброс по времени между срабатывани ми трехэлектродных разр дников в коммутаторе больше времени пробега фронта волны от места включени  одного из них до соседних, электрод 4 формирующей линии может быть выполнен с продольными разрезами между местами включений соседних трехэлектродйых разр дников. Длина тагшх разрезов вдоль электрода 4 определ етс  СКОРОСТЬЮ распространени  волны в линии и величиной времени разброса (дл  разброса 2-3 нсек в линии с диэлектриком - трансформаторным шелом длина разрезов 30-40 см). Это необходимо делать дл  исключени  шунтировани  напр жени  на соседних разр дниках до момента их сргабатывани . ПРВДМВТ ИЗОБРЕТЕНИЯ Наносекундщый кодшутатор, содержащий трехэлектродные и один запускающий двухэлектродный рЗэзр дники , отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  вреиени разброса в срабатывании трехэлектродных разр дников, двухэлектродный разр дник включен на половину полного напр жени  коммутатора, а высоковольтный электрод его соединен чарез рбзисто|н (индуктивности ) с дополнительными электродами , встроеннылш в средние электроды трехэлектродных разр дников, причем дополнительные и средние электроды соединены попарно между собой индуктивно с Vрезисторами) и образуют подсвечиванхцие зазоры, а остальные электроды трехэлектродных разр дников и земл ные электроды всех разр дников подсоединены соответственно к высоковольтному и земл ному электродам кошдутируемой линии.