ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к области газоразрядной техники и может быть использована при создании газоразрядных приборов, в частности искровых газонаполненных разрядников, предназначенных для коммутации и формирования высоковольтных импульсов наносекундной длительности
Известен газонаполненный разрядник, который содержит диэлектрический корпус с аксиально установленными в нем двумя металлическими разнотолщинными электродами, один из которых выполнен полым с отверстием с размещенным в нем соосно управляющим электродом, и токоподводами к ним, контактирующими с диэлектрической жидкостью, окружающей разрядник, и закрепленными на торцах корпуса таким образом, что токоподвод к полому электроду с отверстием охватывает электрод без отверстия и часть токоподвода к нему. Электрод без отверстия с токоподводом к нему образует аксиально протяженную, открытую со стороны диэлектрической жидкости полость, и имеет наименьшую толщину стенок вблизи минимального межэлектродного промежутка. В указанной полости размещены теплопроводящие поверхностные элементы, первая часть которых сформирована в группы, концентрично расположенные на участке электрода с наименьшей толщиной стенок. Вторая их часть размещена на остальной поверхности электрода и токоподвода к нему, вне объема, ограниченного площадью самого тонкостенного участка электрода по всей глубине полости. На аксиальном участке радиальной части токоподвода вблизи контакта с электродом с отверстием размещены контактирующие с диэлектрической жидкостью группы теплоэлектропроводящих поверхностных элементов, суммарная площадь поверхности каждой из которых меньше, чем у радиальной части токоподвода, и убывает по мере удаления группы от него. Все поверхностные элементы разрядника выполнены заодно с местом размещения. Ребра и вершины всех теплоэлектропроводящих поверхностных элементов, расположенных вне полости, выполнены скругленными. На аксиальной части токоподвода к электроду с отверстием, охватывающей электрод без отверстия и часть токоподвода к нему, размещены контактирующие с диэлектрической ческой жидкостью дополнительные группы теплоэлектропроводящих поверхностных элементов (RU 2241288 [1]).
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и большие массогабаритные характеристики.
6
Известен искровой разрядник, наполненный гексофоридом серы (SF), a разрядные промежутки образованы круглыми и заостренными электродами, соединенные параллельно и создающие при пробое однородные и неоднородные поля между электродами. Поля при пробое накладываются друг на друга, обеспечивая гашение дуги (FR 2123573 [2]).
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что разрядники с таким наполнением не обеспечивают работу прибора в широком диапазоне частот и формирование импульсов нано-секундной длительности, а подбор и настройка межэлектродного промежутка с последующей герметизацией усложняют конструкцию прибора.
Известен газонаполненный разрядник, который наполнен газовой смесью, состоящей из водорода и ксенона (SU 317331 [3]).
Приборы с таким наполнением не обеспечивают работу в широком диапазоне частот. Кроме того, при увеличении коммутируемой энергии через прибор происходит жестчение газа и снижение напряжения пробоя.
Наиболее близким устройством к заявляемому по своей технической сущности является газонаполненный разрядник, который содержит цилиндрический корпус с держателями электродов и газовое наполнение, состоящее из аргона и водорода. В наполнение введена добавка трития до значения 0,74±0,186 МБк (20±5 мкКи), обеспечивающая стабилизацию первого пробоя прибора, а соотношение расстояния от электродов до внутренней поверхности корпуса прибора к межэлектродному расстоянию ≥4, исключает возможность переброса разряда с электродов на внутренние стенки корпуса, при этом держатели электродов с внешней стороны корпуса выполнены с внутренней резьбой, позволяющей последовательно соединять разрядники в "гирлянду", обеспечивая повышение напряжения пробоя.
Недостатками известного устройства являются большие массогабаритные характеристики и относительно невысокое напряжение пробоя, что сокращает сферу его применения.
Заявляемый в качестве полезной модели газонаполненный разрядник направлен на уменьшение массогабаритных характеристик и увеличение напряжения пробоя при сохранении высокой частоты повторения.
Указанный результат достигается тем, что газонаполненный разрядник содержит корпус из диэлектрика, выполненный в нем канал диаметром не более 0.3 мм с соотношением длины к его диаметру не менее 10, заполненный газовой средой с давлением ниже атмосферного, и снабженный герметизирующими канал электродами, подсоединенные к источнику высокого постоянного напряжения,
Указанный результат достигается также тем, что между электродами и корпусом выполнена заполненная газом полость.
Указанный результат достигается также тем, что корпус выполнен из устойчивого к высокой температуре диэлектрика.
Указанный результат достигается также тем, что корпус выполнен из спеченой окиси алюминия.
Указанный результат достигается также тем, что в качестве газовой среды канала используют водород, дейтерий, инертные газы или воздух.
Указанный результат достигается также тем, что канал заполнен газовой средой при давлении не выше 60 Па.
Выполнение стержнеобразного корпуса из диэлектрика с выполненным в нем вдоль продольной оси каналом диаметром не более 0.3 мм с соотношением длины к его диаметру не мене 10 необходимо для того, чтобы обеспечить быстрое восстановление электрической прочности разрядного промежутка.
Заполнение канала газовой средой с давлением ниже атмосферного необходимо для того, чтобы можно было выбрать необходимое напряжение срабатывания разрядника. Одновременно с этим, увеличивается длина свободного пробега заряженных частиц в плазме разряда, что также приводит к быстрому восстановлению электрической прочности разрядного промежутка.
Снабжение канала герметизирующими его электродами, охватывающими торцы корпуса необходимо для того, чтобы исключить изменение давления в канале и этим обеспечить стабильность параметров разрядника.
Подсоединение электродов к источнику высокого постоянного напряжения необходимо для обеспечения работы разрядника.
В частных случаях реализации целесообразно выполнять электроды, охватывающие торцы корпуса так, чтобы между электродами и торцами корпуса образовывалась заполненная газом полость. Это позволяет снизить плотность тока на электродах и тем самым предотвратить их распыление.
Поскольку разрядник работает с высокой частотой и с выделением большого количества тепла, то его корпус может нагреваться до сравнительно высоких температур. Поэтому целесообразно его выполнять из устойчивого к высокой температуре диэлектрика, так как известно, что чем выше температура плавления диэлектрика тем выше его электрическая прочность. Наиболее подходящим материалом для этого является спеченая окись алюминия.
Наиболее целесообразно использовать в качестве газовой среды канала используют водород, дейтерий, инертные газы или воздух.
Использование воздуха является наиболее дешевым вариантом, но кислород воздуха может участвовать в окислении материала электродов, что приведет к постепенному изменению давления в разряднике а следовательно и к изменению разрядных характеристик изделия.
Использование водорода или дейтерия хотя и более дорого, но дает такие преимущества как возможность изменять в одной конструкции разрядника пробойное напряжение порядка двух раз.
Если использовать инертные газы, то, с одной стороны, исключается окисление электродов, а с другой стороны позволяет в широких пределах варьировать величину пробойного напряжения.
Как показали опыты, наиболее целесообразно, чтобы канал был заполнен газовой средой при давлении не выше 60 Па. Если давление будет выше, то существенно увеличивается время рассасывания зарядов в релаксирующей плазме канала.
Сущность заявляемого газонаполненного разрядника поясняется примерами реализации и чертежами. На фиг.1 схематично показан продольный разрез газонаполненного разрядника с герметизирующими канал электродами, охватывающими торцы корпуса; на фиг.2 схематично показан продольный разрез газонаполненного разрядника с герметизирующими канал электродами, охватывающими торцы корпуса с заполненной газом полостью между электродами и торцами корпуса; на фиг.3 схематично показан разрез газонаполненного разрядника с герметизирующими канал электродами, охватывающими боковые стороны корпуса с заполненной газом полостью между электродами и корпусом.
Пример 1. Газонаполненный разрядник (фиг.1), содержит стержнеобразный корпус 1 из диэлектрика с выполненным в нем вдоль продольной оси каналом 2 диаметром не более 0.3 мм с соотношением длины к его диаметру не мене 10. Канал 2 заполнен газовой средой с давлением ниже атмосферного. Разрядник снабжен герметизирующими канал электродами 3, охватывающими торцы корпуса и подсоединенными к источнику высокого постоянного напряжения (не показан), Работает газонаполненный разрядник следующим образом. Электроды 3 подключают к источнику постоянного высокого напряжения. Как только напряжение в заполненном газовой средой канале 2 достигает пробойного, то происходит пробой канала и на подсоединенной к разряднику нагрузке возникает импульс высокого напряжения. После этого плазма в газовом канале гаснет (перестает быть проводящей) за счет быстрого ухода зарядов из плазмы на стенки диэлектрического канала. Поскольку электроду остаются подключенными к источнику высокого напряжения, то по достижении пробойного напряжения снова происходит пробой канала и на нагрузку поступает следующий импульс высокого напряжения и далее циклы повторяются.
Пример 2. Газонаполненный разрядник (фиг.2), содержит стержнеобразный корпус 1 из диэлектрика с выполненным в нем вдоль продольной оси каналом 2 диаметром не более 0.3 мм с соотношением длины к его диаметру не менее 10. Канал 2 заполнен газовой средой с давлением ниже атмосферного. Разрядник снабжен герметизирующими канал электродами 3, охватывающими торцы корпуса. Между электродами и торцами корпуса выполнена полость 4, заполненная газом и образующая с каналом 2 общий объем. Электроды подсоединены к источнику высокого постоянного напряжения (не показано). Работает газонаполненный разрядник так же как описано в примере 1.
Пример 3. Газонаполненный разрядник (фиг.3), содержит стержнеобразный корпус 1 из диэлектрика с выполненным в нем вдоль поперечной оси каналом 2 диаметром не более 0.3 мм с соотношением длины к его диаметру не менее 10. Канал 2 заполнен газовой средой с давлением ниже атмосферного. Разрядник снабжен герметизирующими канал электродами 3, охватывающими корпус. Между электродами и корпусом выполнена полость 4, заполненная газом и образующая с каналом 2 общий объем. Электроды подсоединены к источнику высокого постоянного напряжения (не показано).
Работает газонаполненный разрядник так же как описано в примере 1.