ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК
SPARK GAP

Изобретение касается искрового разрядника, включающего в себя анод и катод.
Искровой разрядник вышеназванного рода описан, например, в DE 2259382. При этом речь идет об источнике рентгеновского излучения, в котором для генерации рентгеновского излучения используется искровой разрядник. Искровой разрядник состоит из анода и катода, при этом анод используется в качестве мишени для генерации рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение возникает, когда в искровом разряднике зажигается электрическая дуга, которая возбуждает мишень для испускания рентгеновского излучения.
Для применения рентгеновского излучения желательно, если искровой разрядник имеет как можно более определенный момент зажигания. Поэтому задачей изобретения является предложить искровой разрядник, с помощью которого может реализовываться как можно более определенный момент зажигания.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью указанного выше искрового разрядника за счет того, что искровой разрядник включает в себя искровой разрядник высокого давления и эффективный искровой разрядник, которые соединены друг с другом средней частью. При этом искровой разрядник выполнен между катодом и средней частью. Средняя часть посредством проводника, в котором предусмотрено электрическое сопротивление, соединена с анодом. Эффективный искровой разрядник выполнен между средней частью и анодом. Эта система позволяет получить предпочтительно очень определенный момент зажигания, причем этот момент зажигания обеспечен следующим механизмом зажигания.
Система из искрового разрядника высокого давления и эффективного искрового разрядника представляет собой последовательную схему. Однако средняя часть через сопротивление соединена с анодом. Для зажигания эффективного искрового разрядника ко всей системе подается нарастающее напряжение. Так как искровой разрядник высокого давления наполнен газом, который находится под высоким давлением, здесь обеспечен сравнительно высокий разрядный потенциал. Во время нарастания напряжения на эффективном искровом разряднике еще нет требуемой для включения разности потенциала, так как этот разрядник соединен со средней частью, что в этот момент времени можно приравнять к подключению к массе. Как только достигнут сравнительно определенный момент включения искрового разрядника высокого давления, этот разрядник зажигается. Тогда при пробое в искровом разряднике высокого давления образуется электрическая дуга, которая равнозначна низкоимпедансному соединению катода со средней частью. При этом на эффективном искровом разряднике мгновенно возникает потенциал, который лежит значительно выше необходимого потенциала зажигания эффективного искрового разрядника. Поэтому он надежно зажигается в определенный момент времени вследствие запущенной цепной реакции. При зажигании искрового разрядника высокого давления возникает необходимое напряжение, причем моментально (крутизна изменения напряжения в зависимости от времени чрезвычайно высока).
По одному из вариантов осуществления изобретения сопротивление составляет от 100 до 1000 МОм. При этом обеспечено, что происходит включение эффективного искрового разрядника, так как подаваемое напряжение вследствие высокого сопротивления не может падать на проводнике, который соединяет среднюю часть с анодом.
По другому варианту осуществления изобретения предусмотрено, что эффективный искровой разрядник предусмотрен для генерации рентгеновского излучения. В качестве мишени для генерации рентгеновского излучения используется анод. При этом рентгеновское излучение может обеспечиваться в определенный момент времени включения. Это является важной предпосылкой для разных случаев применения. Например, рентгеновское излучение может применяться для методов получения изображений, например, в источнике рентгеновского излучения в виде вспышек.
3
По одному из особых вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что с помощью анода может генерироваться монохроматическое рентгеновское излучение. Если для генерации монохроматического рентгеновского излучения используется эффективный искровой разрядник, то для генерации может предпочтительно предоставляться достаточно высокий импульс, чтобы монохроматическое рентгеновское излучение обеспечивалось в объеме, достаточном для преследуемых исследовательских целей. Монохроматическое рентгеновское излучение может, например, генерироваться, когда в качестве мишени используется очень тонкая металлическая фольга, например, из алюминия или другого легкого металла. В качестве материала мишени могут также использоваться лантаноиды. Легкими металлами в смысле этой заявки называются металлы и их сплавы, плотность которых составляет менее 5 г/см. В частности, это определение относится к следующим легким металлам: все щелочные металлы, все щелочноземельные металлы, кроме радия, кроме того, скандий, иттрий, титан и алюминий. Другими предпочтительными группами материалов для образования мишени являются вольфрам, молибден и группа лантаноидов. При этом, в частности, в случае элемента лантана речь идет о 14 элементах, следующих в периодической системе за лантаном.
Для технической реализации источника рентгеновского излучения предпочтительно, если эффективный искровой разрядник помещен в вакуумируемый корпус, в котором также предусмотрено прозрачное окно для рентгеновского излучения и из которого может выводиться рентгеновское излучение. Коллектор служит для того, чтобы электростатически затормаживать ускоренный анодом поток электронов и при этом отбирать у него кинетическую энергию настолько, чтобы при ударении электронов о коллектор кинетическая энергия была ниже того уровня, который требуется для генерации тормозного излучения. Таким образом, предотвращается паразитная генерация широкополосного тормозного излучения, которое в ином случае накладывалось бы на генерируемое анодом монохроматическое характеристическое излучение.
Кроме того, предпочтительно, если анод, средняя часть и катод расположены коаксиально. Предпочтительно, кроме того, если анод, средняя часть и катод выполнены центрально-симметрично относительно общей оси. Благодаря этому сокращается до минимума образование индуктивностей, которые негативно влияли бы на временной режим импульсов искровых разрядников (время нарастания импульсного тока).
Другие подробности изобретения описаны ниже с помощью чертежа. Одинаковые или соответствующие друг другу элементы чертежа всегда снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями и поясняются повторно только в той мере, в какой имеются различия между отдельными фигурами. Показано:
фиг. 1 - схематично конструкция одного из примеров осуществления предлагаемого изобретением искрового разрядника с изображением процесса включения без использования функции коллектора, и
фиг. 2 - схематично геометрическая конфигурация искрового разрядника в соответствии с фиг. 1 в сечении с изображением коллектора.
Из фиг. 1 становится ясна конструкция предлагаемого изобретением искрового разрядника. Этот разрядник имеет анод 11 и катод 12. Между анодом 11 и катодом 12 включена средняя часть 13, так что образуются два искровых разрядника, а именно искровой разрядник 14 высокого давления и эффективный искровой разрядник 15. Кроме того, средняя часть 13, которая выполняет функцию анода для эффективного искрового разрядника 15, через проводник 16 и сопротивление 17 с большим омическим сопротивлением привязана к анодному потенциалу.
вкл
вкл
вкл
0
вкл
вкл
Для искрового разрядника высокого давления, для которого применяется наполнение газом с высоким давлением, средняя часть 13 образует катод. В качестве газов для наполнения искрового разрядника высокого давления могут использоваться инертные газы. Искровой разрядник высокого давления отличается определенным режимом 18 включения, при этом при определенном нарастании U напряжения с известной крутизной по прошествии определенного времени t достигается точка включения. По точке включения (t/U) может сравнительно точно предсказываться момент времени включения эффективного искрового разрядника. Как уже пояснялось, в случае включения искрового разрядника высокого давления сразу же имеется собственно необходимый потенциал включения для включения эффективного искрового разрядника 15. Благодаря характеристике с низким омическим сопротивлением эффективного искрового разрядника 14 в момент времени включения эффективного искрового разрядника 14 средняя часть 13 имеет катодный потенциал. На сопротивление 17 теперь подается полное напряжение между катодом и анодом. Через сопротивление течет ток, определяемый значением сопротивления 17. Паразитные индуктивности сопротивления 17 дополнительно уменьшают обусловленное системой течение тока через сопротивление 17. Вследствие крутого нарастания напряжения между промежуточной частью 13 и анодом 11 режим разряда эффективного искрового разрядника 15 подвергается такому положительному влиянию, что в момент времени разряда эффективного искрового разрядника 15 подается значительно более высокое напряжение, чем это было бы возможно при обычном зажигании с низким градиентом нарастания напряжения. Включение эффективного искрового разрядника 15 в момент t времени примерно равно t, так как нарастание напряжения вследствие низкой индуктивности системы является экстремально крутым. Необходимый потенциал U включения эффективного искрового разрядника 15 значительно превышается этим экстремально крутым градиентом напряжения. В результате к эффективному искровому разряднику 15 в течение очень короткого времени (наносекунд) подается напряжение, значительно превышающее напряжение зажигания. При этом образуется сильный разряд через анод. Пробивное напряжение эффективного искрового разрядника 15 при этой системе в первую очередь зависит уже не от U, которое по существу зависит от геометрии и вакуума, а от подаваемого снаружи анодного напряжения и соответствующего исполнения искрового разрядника 14 высокого давления. Продолжительность разряда эффективного искрового разрядника определена мощностью системы и накопленной в ней энергии и паразитными индуктивностями в конструкции.
На фиг. 2 можно видеть, что система из анода 12, средней части 13, катода 11 и коллектора имеет коаксиальную конструкцию. Кроме того, все эти компоненты являются также центрально-симметричными относительно общей оси 22 коаксиальной конструкции. Искровой разрядник высокого давления помещен в первый корпус 23, причем этот первый корпус может наполняться надлежащим рабочим газом с требуемым давлением (устройство для наполнения подробно не изображено). Эффективный искровой разрядник 15 находится вместе с коллектором 21 во втором корпусе 24, который вакуумирован. Этот второй корпус имеет также окно 25, через которое рентгеновское излучение 26 может выводиться из корпуса и подводиться к месту применения.