УПРАВЛЯЕМЫЙ ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к области импульсной техники, к формированию импульсов токов и напряжения, а именно к управляемым вакуумным разрядникам для коммутации больших токов, для использования в качестве коммутаторов емкостных накопителей энергии.
Известен разрядник с лазерным управлением, содержащий корпус, в котором установлены два противостоящих электрода, один из электродов имеет сквозное отверстие, в котором на пути прохождения луча лазера установлено прозрачное окно для ввода луча лазера. Окно закрыто металлизированной пленкой для создания лавинного потока. Авторское свидетельство СССР №1641161, МПК Н01Т 1/20, 15.04.1994. Недостатком является лавинный поток, напыляющий электроды и стенки корпуса, что приводит к аномальным пробоям.
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, обеспечивающего электропрочность коммутируемого промежутка до срабатывания разрядника. Патент Российской Федерации №170782, МПК Н01Т 1/20, Н01Т 14/00, 11.05.2017. Недостатком является диэлектрическая мишень, в связи с чем для срабатывания необходимы большие энергии инициирующего излучения. Также недостатком являются внушительные 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. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является его малый ресурс работы, что обусловлено выбранным диаметром отверстия в аноде, позволяющим распыляющемуся (при срабатывании устройства) материалу катода осаждаться на внутренней поверхности окна для ввода лазерного излучения, поверхности электродов и стенках корпуса, что приводит к перекрытию окна распыляющимся материалом катода и внутренним пробоям, а также значительной эрозией вершины конуса при воздействии лазерного изучения и при работе в электрическом разряде.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание компактного вакуумного разрядника с лазерным управлением с увеличенным ресурсом работы.
Техническим результатом полезной модели является повышение ресурсной характеристики разрядника.
Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, содержащем катод, выполненный из сплава ВНБ-3, и анод, расположенные в герметичном диэлектрическом корпусе с окном для ввода сфокусированного управляющего лазерного излучения, 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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез разрядника, где:
1 - технологический диск;
2 - кольцо;
3 - окно;
4 - анод;
5 - катод;
6 - лазер;
7 - линза.
Разрядник с лазерным управлением 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 оптического излучения 3, обладающее оптической прозрачностью. В корпусе расположены анод 4, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например ВТ1-0, и катод 5, выполненный из тугоплавкого металла или сплава, например ВНБ-3, 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.
Разрядник работает следующим образом.
Импульс оптического излучения, испускаемый лазером, проходя через собирающую линзу и окно герметичного корпуса, фокусируется на поверхности катода, что приводит к плавлению и испарению материала катода. Образовавшаяся плазма замыкает промежуток между находящимся под напряжением анодом и заземленным катодом и вызывает коммутацию импульса тока. Благодаря указанной конструкции анода, горение разряда происходит в стороне от оси симметрии разрядника, продукты горения разряда катода «привязываются» к внутренней поверхности анода, в меньшей степени осаждаясь на поверхности окна, тем самым увеличивая ресурс работы разрядника.