ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к электротехнике и сильноточной электронике, в частности к средствам коммутации, и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем.
11
2
8
9
2
Известен разрядник с лазерным поджигом, содержащий в корпусе с окном для ввода луча поджигающего лазера два противостоящих основных электрода, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив окна в корпусе, и собирающую линзу, установленную между поджигающим лазером и указанным основным электродом с отверстием, фокус которой расположен в промежутке между основными электродами, при этом между основными электродами установлен дополнительно введенный электрод-мишень со сквозным отверстием, расположенным соосно со сквозным отверстием основного электрода, причем средняя точка на оси отверстия электрода-мишени расположена в фокусе указанной линзы. Авторское свидетельство SU 1101133, МПК H01T 14/00, 30.11.1985. В разряднике используется эффект лазерной искры в среде газа высокого давления для создания сгустка плазмы в межэлектродном промежутке, реализация которого требует достижения интенсивности излучения оптического диапазона в фокусе собирающей линзы порядка 10 Вт/см и выше [1, 2]. В тоже время для создания на поверхности твердотельной мишени плазмы, которая расширяясь в вакуум создает в пространстве между электродами вакуумного разрядника проводящую среду, достаточно достигнуть интенсивности порядка 10-10 Вт/см в пятне фокусировки [3]. Указанное техническое решение упрощает проблему компактности коммутирующего устройства в целом, т.к.
снижается на два порядка величины требуемый уровень энергии лазерного излучения при той же длительности его импульса, следовательно, снижается на два порядка величины уровень энергии, первоначально запасаемой в импульсном источнике, питающем систему накачки лазера, следовательно, становится возможным значительно уменьшить размеры системы, обеспечивающей по джиг разряда.
Известен управляемый разрядник в двухэлектродном исполнении, расположенный в откачанном корпусе, в котором катод выполнен из сплава ВНБ-3, в корпусе установлено прозрачное окно для ввода луча лазера, анод выполнен с отверстием, а в центре катода из сплава ВНБ-3 сформировано острие. Патент на полезную модель RU 119935, МПК H01J 17/64, 25.05.2012. Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что продукты эрозии электродов, образующиеся в процессе горения разряда между ними, будут беспрепятственно достигать прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода луча лазера, и осаждаться на его поверхности, снижая прозрачность окна и ограничивая тем самым ресурс разрядника.
9
2
Задачей полезной модели является создание компактного вакуумного электроразрядного коммутирующего устройства, отличающегося повышенным ресурсом. Коммутирующее действие предлагаемого устройства основано на создании токопроводящей среды в межэлектродном промежутке разрядника за счет заполнения плазмой, возникающей под действием импульса управляющего сфокусированного оптического излучения импульсного источника на поверхность твердотельной мишени при достигаемой интенсивности порядка 10 Вт/см в пятне фокусировки. Особая форма электродов предотвращает прямое попадание продуктов эрозии электродов, возникающих в процессе горения разряда, из области горения разряда на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода управляющего оптического излучения.
Технический результат заключается в увеличении ресурса разрядника за счет уменьшения потока вещества, напыляемого на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, предназначенного для ввода управляющего оптического излучения.
-2
0
Вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением импульсного источника, включает герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему из двух электродов и включающую оптически прозрачное окно для ввода управляющего сфокусированного импульсного оптического излучения по оси симметрии разрядника. Внутри оболочки на оси симметрии разрядника за пределами межэлектродного промежутка в точке фокуса расположена мишень из тугоплавкого материала. Электроды выполнены в виде соосных полых цилиндров для пропуска управляющего излучения в направлении мишени, оси цилиндров совпадают с осью симметрии разрядника, одно из оснований каждого цилиндра переходит в плоский токовод. Электроды вставлены один в другой таким образом, что зазор между тоководами должен обеспечивать электропрочность промежутка, а основания электродов, не сопряженные с тоководами, расположены в одной плоскости и в зоне прямой видимости из точки фокусировки управляющего излучения на мишени. Давление внутри герметичной оболочки разрядника составляет 10-10 Па.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где 1 - герметичная диэлектрическая оболочка; 2 - оптически прозрачное окно; 3, 4 - цилиндрические электроды, 5, 6 - тоководы, 7 - мишень, 9 - фокусирующий оптический элемент, 9 - внешний импульсный источник управляющего оптического излучения.
-2
0
Вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением импульсного источника, состоит из герметичной диэлектрической оболочки 1, откачанной до давления 10-10 Па. В оболочке имеется оптически прозрачное окно 2, а внутри нее помещается коаксиальная электродная система, состоящая из двух цилиндрических электродов 3 и 4. Электроды одними своими основаниями сопряжены с тоководами 5 и 6. Другими своими основаниями электроды обращены к твердотельной мишени 7, на поверхности которой при помощи оптического элемента 8 (собирающей линзы, видикона и т.п.) фокусируется управляющее излучение от импульсного источника 9. Фокусировка управляющего излучения также может осуществляться при помощи окна 2, выполненного в виде фокусирующего оптического элемента, например плоско-выпуклой линзы, выпуклая сторона которой находится на внешней поверхности оболочки.
-3
-2
-9
-8
8
10
2
Вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением импульсного источника, работает следующим образом. Излучение оптического диапазона, испускаемое импульсным источником, фокусируется на поверхности мишени. Диаметр пятна фокусировки, получаемого с помощью, например, собирающей линзы с фокусным расстоянием порядка нескольких сантиметров, составит несколько десятых квадратного миллиметра [4]. При энергии излучения 10-10 Дж в импульсе длительностью 10-10 с, что обеспечивают коммерческие серийно выпускаемые компактные твердотельные оптические квантовые генераторы со светодиодной накачкой, плотность потока энергии излучения на мишени может быть доведена до уровня 10-10 Вт/см. При таком уровне интенсивности излучения, падающего на поверхность твердотельной мишени, и под его воздействием на материал оболочки происходит образование плазмы, которая, распространяясь в пространстве, создает проводящую среду между электродами, осуществляя коммутацию разрядника. Особая форма электродов предотвращает прямое попадание продуктов эрозии электродов, возникающих в процессе горения разряда, из области горения разряда на внутреннюю поверхность прозрачного окна в корпусе разрядника, за счет чего повышается ресурс разрядника.
Используемая литература
1. Островская Г.В., Зайдель А.Н. Лазерная искра в газах // УФН, 1973, Т. 111, с. 579.
2. Райзер Ю. П. Оптические разряды // УФН, 1980, Т. 132, с. 549.
3. Ананьин О.Б. и др. Лазерная плазма. Физика и применения: Монография. - М.: МИФИ, 2003. - С. 10, 186.
4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1974. - С. 239.