SU868987A1

SU868987A1 - High-voltage generator

Info

Publication number: SU868987A1
Application number: SU802863582A
Authority: SU
Inventors: Борис Викторович Окулов
Priority date: 1980-01-07
Filing date: 1980-01-07
Publication date: 1981-09-30

Description

(54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ(54) HIGH VOLTAGE GENERATOR

Изобретение относитс к технике ус корени зар женных частиц и может быт использовано при создании сильноточны наносекундных ус сорителей пр мого дей стви набольшие энергии. Известен генератор высокого напр жени , содержащий зар дное устройство , конденсатор и коммутатор 1j. Недостатком известного устройства вл етс сложность создани конденсаторных элементов на высокие и сверхвысокие напр жени , что ограничивает энергию ускор емых частиц. Наиболее близок к предлагаемому генератор высокого напр жени , содер жеиций тороидальный вакуумный конденсатор с внутренним и внешним электро дами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питани , коммутаTot и устройство дл подвески внутреннего электрода тороидального конденсатора . Такой генератор позвол ет получить мегавольтные потенциалы 2. Недостатком известного генератора вл етс противоречие между энерг емкостью генератора и рассто нием между тороидальными электродами. Цель изобретени - увеличение эне гоемкости генератора при неизменных габаритах наружного электрода и при том же максимальном напр жении на генераторе. Указанна цель достигаетс тем, что в генераторе-высокого напр жени , содержащем тороидальный конденсатор с внутренним и внешним электроДс1ми , термокатод, тороидальный соленоид с источником питани , коммутатор дл подвески внутреннего электрода, внутренний электрод выполнен из двух участков с разными диаметрсгми поперечного сечени , причем участок с меньшим.диаметром установлен напротив термокатода. В данной конструкции тороидального конденсатора меньший диаметр поперечного сечени внутреннего электрода рассчитываетс ifs услови первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода, а больший диаметр поперечного сечени внутреннего электрода рассчитываетс из услови магнитной изол ции. На фиг. 1 дан генератор по экваториальной плоскости, разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг. 1, Генератор высокого напр жени соцержит тороидальный вакуумный конденсатор с внешним 1 и внутренним 2 электродами, тороидальный соленоид 3The invention relates to the technique of the reduction of charged particles and can be used to create high-current nanosecond accelerators of direct action with high energies. A high voltage generator is known comprising a charging device, a capacitor and a switch 1j. A disadvantage of the known device is the difficulty of creating capacitor elements at high and ultra-high voltages, which limits the energy of the accelerated particles. Closest to the proposed high voltage generator, a toroidal vacuum capacitor with internal and external electrodes, a thermal cathode, a toroidal solenoid with a power source, a switch Tot and a device for suspending the internal electrode of a toroidal capacitor. Such a generator allows to obtain megavolt potentials 2. A disadvantage of the known generator is the contradiction between the energy capacity of the generator and the distance between the toroidal electrodes. The purpose of the invention is to increase the energy consumption of the generator with the same dimensions of the outer electrode and at the same maximum voltage on the generator. This goal is achieved by the fact that in a high voltage generator containing a toroidal capacitor with internal and external electrodynamics, a thermal cathode, a toroidal solenoid with a power source, a switch for suspending the internal electrode, the internal electrode is made of two sections with different diameters of the cross section with smaller diameter installed opposite the thermal cathode. In this toroidal capacitor design, the smaller cross-sectional diameter of the inner electrode is calculated ifs the conditions of the first electron revolution around the inner electrode, and the larger cross-sectional diameter of the inner electrode is calculated from the condition of magnetic insulation. FIG. 1 given generator on the equatorial plane, a cut; in FIG. 2, section A-A in FIG. 1, A high-voltage generator combines a toroidal vacuum capacitor with an external 1 and internal 2 electrodes, a toroidal solenoid 3

подключенный к источнику 4 питани , и устройство дл подвески внутреннего электрода.connected to power supply 4, and an internal electrode suspension device.

Внешний электрод 1 имеет кольцевой диэлектрический зазор 5, а в экваториальной плоскости к внешнему электроду 1 присоединен патрубок 6, в котором на изол торе 7 укреплен провод щий стержень 8. Между стержнем 8 и внутренним электродом 2 имеетс вакуумный зазор 9. На внутреннемThe outer electrode 1 has an annular dielectric gap 5, and in the equatorial plane, a nozzle 6 is attached to the outer electrode 1, in which a conductive rod 8 is fastened to the insulator 7. There is a vacuum gap 9 between the rod 8 and the inner electrode 2

электроде 2 напротив стержн 8 имеетс выступ 10. Провод щий стержень 8, вакуумный зазор 9 и выступ 10 образуют в совокупности коммутатор. В полости внешнего электрода 1 расположен термокатод 11.The electrode 2 opposite the rod 8 has a protrusion 10. The conductive rod 8, the vacuum gap 9 and the protrusion 10 form an aggregate switch. In the cavity of the external electrode 1 is the thermal cathode 11.

Внутренний электрод 2 содержит участок 12 с большим диаметром поперечного сечени и участок 13 с меньшим диаметром поперечного сечени . Величина этих диаметров определ етс необходимым максимальный напр жением на генераторе и необходимой емкостью генератора.The inner electrode 2 comprises a portion 12 with a larger cross-sectional diameter and a portion 13 with a smaller cross-sectional diameter. The magnitude of these diameters is determined by the required maximum voltage across the generator and the required generator capacity.

Участок 13 (зар дный участок) занимает меньшую часть тора, например 1/6 часть вдоль круговой оси тора. Во внутреннем электроде 2 имеетс кольцевой диэлектрический зазор 14. Электроны, испущенные термокатодом 11, дрейфуют к участку 13 по траектории 15. Емкостна часть межэлектрод ного промежутка конденсатора образована вакуумным зазором 16 между внешним электродом 1 и участком 12 внутреннего электрода 2. Зар дна часть межэлектродного промежутка конденсато ра образована вакуумным зазором 17 между наружным электродом 1 и участко 13 внутреннего электрода 2.Section 13 (charge section) occupies a smaller part of the torus, for example, 1/6 part along the circular axis of the torus. The inner electrode 2 has an annular dielectric gap 14. The electrons emitted by the thermal cathode 11 drift toward section 13 along trajectory 15. The capacitive part of the interelectrode gap of the capacitor is formed by a vacuum gap 16 between the outer electrode 1 and the portion 12 of the inner electrode 2. The origin of the interelectrode gap The capacitor is formed by a vacuum gap 17 between the outer electrode 1 and the portion 13 of the inner electrode 2.

Генератор высокого напр жени работает следующим образом.The high voltage generator works as follows.

Между электродами 1 и 2 тороидального , конденсатора получают высокий вакуум. Включают термокатод 11 и устройство дл подвески внутреннего электрода . Когда внутренний электрод 2 занимает pa6oj ee положение, при котором внешний 1 и внутренний. 2 электроды коаксиальны, из источника 4 питани в соленоид 3 подают импульс тока При этом пространство внутри соленойда 3 начинает пронизыватьс возрастающим во времени тороидальным магнитным полем. В зазоре между электродами конд.нсатора возникает вихрева электродвижуща сила, напр женность электрического пол которой в каждой точк направлена по перпендикул ру относительно вектора напр женности торО1щального магнитного пол .Between the electrodes 1 and 2 of the toroidal capacitor, a high vacuum is obtained. A thermal cathode 11 and an internal electrode suspension device are included. When the inner electrode 2 takes pa6oj ee the position at which the outer 1 and inner. The 2 electrodes are coaxial, from the power source 4 to the solenoid 3 a current pulse is emitted. At that, the space inside the saltwater 3 begins to be penetrated by an increasing in time toroidal magnetic field. A vortex electromotive force arises in the gap between the electrodes of the capacitor. The electric field strength at each point is directed along the perpendicular to the vector of the toroidal magnetic field.

Электроны, эмиттированные термокатодом 11, под действием взаимно перпендикул рных электрического и магнитного полей.дрейфуют к внутреннему электроду 2 и зар жают его.В npibcTpaHстве между электродами 1 it 2 конденсатора .возникает возрастающее во времени электрическое- поле. Так как зазор между внутренним и наружным электродами тороидального конденсатора в зар дной части больше, чем в емк-остной части, то в районах сопр жени этих зазоров электрическое поле конденсатора , кроме радиальной компоненты, содержит также азимутальную (вдоль окружности большого радиуса торов) компоненту , котора создает в этих районах потенциальные барьеры и, таким, образом, локализует область переноса зар да от термокатода 11 на внутренний электрод 2 вакуумным зазором 17, т.е. зар дной частью межэлектродного пространства конденсатора.The electrons emitted by the thermal cathode 11, under the action of mutually perpendicular electric and magnetic fields, drift to the internal electrode 2 and charge it. In the case of the capacitor 1 it 2, an electric field increases with time. Since the gap between the inner and outer electrodes of the toroidal capacitor is larger in the charge part than in the capacitive part, in the interface areas of these gaps, the electric field of the capacitor, besides the radial component, also contains the azimuthal (along the circumference of a large radius of the tori) component which creates potential barriers in these regions and, thus, localizes the area of charge transfer from thermal cathode 11 to the internal electrode 2 by a vacuum gap 17, i.e. charge part of the capacitor interelectrode space.

После того, как напр жение на конденсаторе достигает заданной величины , между электродами 8 и 10 коммутатора через вакуумный зазор 9 происходит электрический пробой, т.е. срабатывает коммутатор, и электрический зар д, накопленный на внутреннем электроде 2, по провод щему стержню 8 подаетс на низкоомную нагрузку, например , рентгеновский импульсный диод .After the voltage across the capacitor reaches a predetermined value, electrical breakdown occurs between the switch electrodes 8 and 10, i.e. the switch is triggered, and the electric charge accumulated on the inner electrode 2 is fed through the conductive rod 8 to a low-resistance load, for example, an X-ray pulsed diode.

Кратковременность процесса коммутации и магнитна изол ци , создаваема протекающим по стержню 8 большим разр дным током, обеспечивают электрическую прочность изол тора 7.The short duration of the switching process and the magnetic insulation created by the high discharge current flowing through the rod 8 with a large current provide the electrical strength of the insulator 7.

Межэлектродный зазор тороидального конденсатора генератора высокого напр жени выполн ет две функции. С одной стороны, он определ ет емкость конденсатора, а значит и запасаемую в нем энергию. Чем меньше зазор между электродами 1 и 2, тем больше .емкость конденсатора, тем больше запасенна в генераторе энерги .The interelectrode gap of the toroidal capacitor of the high voltage generator performs two functions. On the one hand, it determines the capacitance of the capacitor, and hence the energy stored in it. The smaller the gap between the electrodes 1 and 2, the greater the capacitance of the capacitor, the more energy is stored in the generator.

С другой стороны, межэлектродный зазор - это пространство, в котором осуществл етс перенос электронов от термокатода 11 к внутреннему электроду 2,On the other hand, the interelectrode gap is the space in which the transfer of electrons from thermal cathode 11 to the inner electrode 2 takes place,

Чем больше межэлектродный зазор, тем дольше выполн етс условие первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода и тем до большего напр жени можно зар дить конденсатор .The larger the interelectrode gap, the longer the condition of the first electron revolution around the inner electrode is fulfilled and the more capacitor can be charged before a higher voltage.

Таким образом, чтобы повысить емкость конденсатора (генератора), следуе.т уменьшить межэлектродный зазор, а чтобы повысить величину напр жени , до которого возможно зар дить конденсатор (генератор), межэлектродный зазор необходимо увеличивать .Thus, in order to increase the capacitance of a capacitor (generator), should reduce the interelectrode gap, and in order to increase the voltage to which the capacitor (generator) can be charged, the interelectrode gap must be increased.

Совместить эти два противоречивых требовани становитс возможньйм благодар специальной конструкции внутреннего электрода с двум участками с разным диаметром поперечного сечени . Участок тора внутреннего электрода, наход щийс напротив термо ,катода (.зар дный участок), изготовлен с меньшим диаметром поперечного сечени , таким, которым обеспечиваетс возможность зар дки внутреннего электрода до заданной величины максимального напр жени . Второй, больший по величине, участок тора внутреннего электрода емкостной участок изготовлен с большим диаметром поперечного сечени , таким, который обеспечивает значительное (в несколько раз) увеличение емкости конденсатора при сохранении электрической прочноети межэлектродного промежутка конденсатора с учетом магнитной изол ции ,The combination of these two contradictory requirements is made possible by the special construction of the internal electrode with two sections with different cross-sectional diameters. The inner torus portion of the inner electrode, which is opposite the thermo cathode (charge section), is made with a smaller cross-sectional diameter, such that it is possible to charge the inner electrode to a predetermined maximum voltage value. The second, larger, portion of the torus of the internal electrode capacitive portion is made with a large cross-sectional diameter, such that provides a significant (several times) increase in the capacitance of the capacitor while maintaining the electrical strength of the interelectrode gap of the capacitor with regard to magnetic insulation,

Така конструкци внутреннего электрода позвол ет без увеличени размеров наружного электрода и при неизменной амплитуде напр жени на генераторе в несколько раз повысить емкость конденсатора.Such an internal electrode design allows, without increasing the size of the external electrode and with a constant amplitude of voltage on the generator, several times increase the capacitance of the capacitor.

Увеличение емкости конденсатора no вьшает запасенную в генераторе энергию , т.е. повышает энергоемкость генератора . Увеличение энергоемкости генератора улучшает удельные параметры генератора высокого напр жение, повышает его КПД.Increasing the capacitance of the no no more energy stored in the generator, i.e. increases the energy intensity of the generator. An increase in the energy intensity of the generator improves the specific parameters of the generator with high voltage, increases its efficiency.

Claims

1.Frungel F. Pulse Technique M.Energy; 1965.

2.Winterberg F. Ih Nuovo CImento 19 1974, 20 V l, p. 173-195.