УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к области импульсной техники, к формированию импульсов токов и напряжения, а именно к управляемым разрядникам для коммутации токов, для использования в качестве коммутаторов емкостных накопителей энергии.
Известен вакуумный разрядник, включающий герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему, состоящую из двух электродов, и оптически прозрачное окно для ввода управляющего сфокусированного импульсного оптического излучения по оси симметрии разрядника, в котором оболочка выполнена из корунда, каждый из электродов выполнен со сквозным отверстием для пропуска управляющего излучения, отверстия расположены на оси симметрии разрядника, управляющее излучение фокусируется за пределами межэлектродного промежутка на внутренней поверхности герметичной оболочки, оболочка откачана до давления остаточных газов, обеспечивающих электропрочность коммутируемого промежутка до срабатывания разрядника. Патент Российской Федерации №170782, МПК Н01Т 1/20, Н01Т 14/00, 11.05.2017. Недостатком являются большие временные задержки, приводящие к малому быстродействию разрядника, которыми обладает устройство, возникающие ввиду удаленности катода от места фокусировки оптического излучения.
Известен управляемый вакуумный разрядник, содержащий катод, выполненный из сплава ВНБ-3, и анод, расположенные в герметичном диэлектрическом корпусе с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, при этом в аноде на оси разрядника выполнено отверстие цилиндро-коническо-цилиндрической формы, при этом цилиндр большего диаметра обращен к катоду и имеет острые кромки, а диаметр меньшего цилиндра является минимально достаточным для прохождения луча лазера и его фокусировки на поверхности катода. Патент Российской Федерации №183129, МПК Н01Т 14/00, H01J 17/64, 12.09.2018. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является сравнительно большие временные задержки, приводящие к малому быстродействию разрядника. Выбранное наполнение внутреннего объема, а также конструкция электродной системы, не позволяет в полной мере ограничить распыляющийся (при срабатывании устройства) материал катода и его осаждение на внутренней поверхности окна для ввода лазерного излучения, а также поверхности электродов и стенках корпуса, что приводит к перекрыванию окна распыляющимся материалом катода и пробоям.
Задачей и техническим результатом полезной модели является снижение временных задержек разрядника.
3
6
Технический результат достигается тем, что в управляемом разряднике, содержащем катод и анод, расположенные в герметичном диэлектрическом корпусе с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, анод выполнен в виде цилиндрического стакана, внешней отбортовкой обращен к окну, а дном - к катоду, в дне стакана на оси симметрии разрядника выполнено сквозное отверстие цилиндрической формы диаметром, минимально достаточным для прохождения луча лазера и его фокусировки на поверхности катода; катод выполнен из сплава ВТ 1-0 и имеет сквозные отверстия; в корпус со стороны, противоположной окну, встроен штенгель; внутренний объем корпуса наполнен газом давлением от 10 Па до 10 Па.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез разрядника, где:
1 - корпусное кольцо;
2 - корпусное кольцо;
3 - корпусное кольцо;
4 - окно;
5 - анод;
6 - катод;
7 - штенгель;
8 - система фокусировки;
9 - лазер.
3
6
Управляемый разрядник состоит из герметичного корпуса и размещенной в нем электродной системы. Корпус включает корпусные кольца 1, 2, 3 выполненные, например, из алюмооксидной керамики, и окно для ввода сфокусированного оптического излучения 4. В корпусе расположены анод 5, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например, ВТ 1-0, катод 6, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например, ВТ1-0, и штенгель 7, выполненный из металла или сплава, например, АМц. В катоде выполнены отверстия, достаточные для прохождения газа из объема между штенгелем и катодом в объем между катодом и анодом. Анод выполнен в виде цилиндрического стакана, внешней отбортовкой обращен к окну, а дном - к катоду, в дне стакана на оси симметрии разрядника выполнено сквозное отверстие цилиндрической формы, диаметр отверстия является минимально достаточным для прохождения сфокусированного системой фокусировки 8 на поверхности катода луча лазера 9. При этом внутренний объем наполнен газом давлением от 10 Па до 10 Па, например, азотом.
Разрядник работает следующим образом.
3
6
Импульсное оптическое излучение, испускаемое лазером, проходя через систему фокусировки, окно герметичного корпуса и анод, фокусируется на поверхности катода, что приводит к плавлению и испарению материала катода. За счет обеспечения минимального расстояния между острой кромкой, полученной за счет выполнения сквозного отверстия в аноде, и областью фокусировки лазерного излучения на поверхности катода, обеспечивается увеличение напряженности электрического поля в зоне фокусировки, что способствует уменьшению минимального рабочего напряжения. Образовавшаяся проводящая среда замыкает промежуток между анодом и катодом, вызывает коммутацию импульса тока. Благодаря наполнению корпуса газом, например, азотом, при давлении от 10 Па до 10 Па, атомы и ионы эродированного материала катода, в отличие от прототипа, многократно рассеиваются на молекулах газа, что в свою очередь приводит к рекомбинации ионов и уменьшению энергии адгезии частиц на внутренней поверхности окна. Использование катода из сплава на основе титана ВТ1-0, за счет его геттерных свойств, позволяет также добиться более однородного состава газа во внутреннем объеме корпуса, что способствует стабилизации рабочих параметров разрядника. Таким образом, приведенные выше особенности конструкции позволяют снизить временные задержки, тем самым увеличив быстродействие разрядника, при этом для инициирования возможно использовать меньшую энергию лазерного излучения.