ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ КОММУТИРУЮЩИЙ ПРИБОР
GAS DISCHARGE SWITCHING DEVICE

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к газоразрядным коммутаторам низкого давления типа тиратрон, псевдоискровой разрядник, и может быть использовано при создании высоковольтных коммутаторов тока для электроники больших мощностей.
Известен импульсный водородный тиратрон с накаленным катодом, содержащий расположенные в герметичной оболочке с газовым наполнением металлические электроды - анод, катод и управляющую сетку, выполненную в виде диска с отверстиями, которые прикрыты экраном, выполненным также в виде диска с отверстием [1].
Недостатками такой конструкции являются:
- разогрев и распыление материала управляющей сетки со стороны анода;
- большие потери мощности из-за падения напряжения в сужениях экрана и сетки;
- нарушение теплового режима работы прибора из-за выделяющейся в управляющей сетке мощности от электрического разряда.
Известен газоразрядный прибор с холодным катодом, содержащий расположенные в герметичной оболочке электроды - анод, первый катод с полой камерой, ограниченной металлической стенкой с отверстиями, вспомогательный анод и второй катод, расположенный с противоположной относительно основного анода части прибора [2]. В этом приборе конструкция первого катода выполнена аналогично конструкции управляющей сетки тиратрона и выполняет ее функции. Поэтому все недостатки, присущие водородному тиратрону, присущи и этому прибору. Помимо того, в случае большой загрузки током первого катода происходит его разогрев и распыление, что приводит к снижению срока службы и стабильности работы прибора.
Известен способ формирования высоковольтных импульсов, который позволяет использовать импульсный водородный тиратрон и псевдоискровой разрядник для прерывания тока в схемах с индуктивным накопителем энергии [3].
Недостатком применения тиратрона и псевдоискрового разрядника в этом способе формирования высоковольтных импульсов заключается в возникновении повторных зажиганий разряда, вызванных образованием катодных пятен на поверхности сетки со стороны анода с последующим каскадным зажиганием разряда с анода на сетку и с сетки на катод. Причиной образования катодных пятен является большое падение напряжения на столбе разряда в сеточном отверстии, локальное повышение температуры кромки отверстия со стороны анода.
От этих недостатков свободна предлагаемая конструкция прибора.
Основной технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение стабильности работы коммутатора тока как в схеме с емкостным накопителем энергии при замыкании электрической цепи, так и в схеме с индуктивным накопителем энергии при прерывании тока, а также увеличение срока службы прибора.
Технический результат достигается тем, что в газоразрядном коммутирующем приборе, содержащем анод, катод, вспомогательные электроды и управляющую сетку, находящиеся в оболочке с газовым наполнением, ширина отверстий в управляющей сетке со стороны катода больше, чем со стороны анода (Фиг.1).
При прохождении тока в плазме газового разряда через сужение возникает скачок потенциала перед сужением и в столбе разряда в сужении. Чем больше плотность тока и меньше давление, тем больше скачок потенциала и энергия электронов и ионов. Чем длиннее отверстие, тем больше скачок потенциала [4]. Уменьшение толщины сетки приводит к уменьшению длины отверстия. Сделать бесконечно тонкой сетку прибора нельзя из-за ухудшения механической прочности при уменьшении ее толщины, а также из-за ухудшения отвода тепла, выделяющегося в стенках отверстия. Форма отверстия в виде конуса позволяет обеспечить хороший теплоотвод от области выделения мощности в отверстии сетки.
Увеличение диаметра отверстия со стороны катода приводит к уменьшению плотности тока в этой части отверстия, уменьшению скачка потенциала перед сужением плазмы и большей части столба плазмы в отверстии сетки, что приводит к уменьшению температуры сетки.
Сделать всю длину отверстия большого диаметра нельзя, т.к. это приведет к уменьшению электрической прочности прибора и уменьшению максимального рабочего напряжения, а также к увеличению амплитуды прерываемого тока. Таким образом, маленький диаметр отверстия со стороны анода задает величину прерываемого тока и обеспечивает высоковольтность прибора. Большой диаметр со стороны катода приводит к уменьшению падения напряжения перед сужением и в сужении, что способствует уменьшению температуры сетки, уменьшению вероятности образования катодных пятен и сдвигает область повторных зажиганий в сторону больших токов. Все это приводит к увеличению срока службы прибора.
Диаметр отверстия со стороны анода, как правило, составляет 3-4 мм. Диаметр отверстия со стороны катода выбирается экспериментально. Это обусловлено тем, что перепад напряжения перед сужением и в сужении зависит от многих факторов: от величины тока, давления наполняющего газа, толщины сетки (длины отверстия), количества отверстий в сетке, равномерности заполнения током отверстий.
Для сеток с отверстиями, выполненными в виде щели, также ширина отверстий со стороны катода делается больше, чем со стороны анода.
Источники информации
1. Фогельсон Т.Б. и др. Импульсные водородные тиратроны. М., Сов. радио, 1974.
2. Патент №2089003, кл. Н01Т 2/00.
3. Патент №2210180 С2, кл. Н03К 3/53.
4. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука. - 1971. - 543 с.