УПРАВЛЯЕМЫЙ ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к области импульсной техники, к формированию импульсов токов и напряжения, а именно к управляемым вакуумным 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, которыми обладает устройство, возникающие ввиду удаленности катода от места фокусировки оптического излучения.
Известен управляемый разрядник, содержащий установленные в герметичном изоляционном корпусе противостоящие анод и катод, при этом один из электродов выполнен конической формы. Патент Российской Федерации №119935, МПК H01J 17/64, 27.08.2012. Недостатком является его малый ресурс работы, что обусловлено выбранным диаметром отверстия в аноде, а также значительной эрозией вершины конуса при воздействии лазерного изучения и при работе в электрическом разряде.
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 ограниченный ресурс работы разрядника. Выбранная 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 увеличение ресурса работы разрядника.
Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, содержащем катод и анод, расположенные в герметичном диэлектрическом корпусе с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, анод выполнен со сквозным отверстием для пропуска лазерного излучения, отверстие в аноде выполнено цилиндрическим, при этом одна из кромок отверстия имеет механический контакт с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез разрядника, где:
1 - технологический диск;
2 - кольцо;
3 - окно;
4 - анод;
5 - катод;
6 - система фокусировки;
7 - лазер.
Полезная модель состоит из герметичного корпуса и размещенной в нем электродной системы. Корпус включает технологический диск 1 и кольцо 2, выполненные, например, из алюмооксидной керамики, и окно для ввода сфокусированного оптического излучения 3. В корпусе расположены анод 4, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например ВТ1-0, и катод 5, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например ВТ1-0. Анод выполнен с отверстием на оси разрядника, имеющим диаметр, достаточный для прохождения сфокусированного системой фокусировки 6 на поверхности катода, луча лазера 7. При этом отверстие в аноде выполнено цилиндрическим, при этом одна из кромок отверстия имеет механический контакт с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения.
Разрядник работает следующим образом.
Импульс оптического излучения, испускаемый лазером, проходя через систему фокусировки, окно герметичного корпуса и анод, фокусируется на поверхности катода, что приводит к плавлению и испарению материала катода. Образовавшаяся плазма замыкает промежуток между анодом и катодом, вызывает коммутацию импульса тока. Благодаря указанной конструкции анода, обеспечивается электрический контакт с тонким слоем металла, напыляемым в процессе работы на внутреннюю поверхность окна для ввода лазерного излучения. Таким образом, при работе устройства окно постепенно запыляется тонкой металлической пленкой, возникает электрический контакт тонкой металлической пленки с анодом, после чего напыленный за предыдущий акт работы слой металла на окне участвует в инициировании разряда, испаряя металл из зоны прохождения луча лазера, тем самым уменьшая степень запыленности в зоне прохождения луча лазера и увеличивая ресурс работы разрядника. За счет описанных выше принципа работы и конструкционных решений, в частности, за счет сближения плоскостей анода и катода, уменьшения внутреннего объема устройства, полезная модель также позволяет уменьшить массогабаритные характеристики разрядника.