ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ КОММУТАТОР ТОКА С СУЖЕНИЕМ РАЗРЯДНОГО КАНАЛА ОТ КАТОДА К АНОДУ В СЕТОЧНОМ ЭЛЕКТРОДЕ
GAS-DISCHARGE CURRENT SWITCH WITH NARROWING OF THE DISCHARGE CHANNEL FROM THE CATHODE TO THE ANODE IN THE GRID ELECTRODE

Изобретение относится к газоразрядной импульсной технике, в частности к отпаянным газоразрядным приборам тиратронного типа с накаленным катодом. Он может применяться в качестве коммутирующего элемента в генераторах высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии с целью повышения пропускной способности по току, уменьшения времени выключения и разогрева прибора.
Известен газоразрядный прибор с двух щелевой конфигурацией отверстий сеточного узла, содержащий анод, катод, сеточный узел, состоящий из сеточного электрода (далее сетка) 1 и экранирующего электрода (далее экран) 2 (Фиг. 1). В сетке и экране выполнены отверстия в виде прямой продольной прорези. Края отверстий скруглены. Толщина сетки и экрана увеличена. Площадь отверстия в экране незначительно превышает площадь сеточного отверстия. Минимальная площадь сечения разрядного канала прилегает к отверстию в сетке [1].
Недостатками применения описанного прибора в режиме обрыва тока являются, наличие большой временной нестабильности момента обрыва тока, ограничено максимальное предельное напряжение прибора.
Работа подобных приборов в схеме генератора высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии в большей степени определяется конструкцией сеточного узла. За счет введения в конструкцию газоразрядного коммутатора нового сеточного узла с гиперболической формой разрядного канала, достигается улучшение рабочих характеристик.
Чертеж нового сеточного узла показан на фигуре 2. В сеточном узле выполнены два отверстия разного диаметра, смещенные относительно центральной оси. Образованная форма разрядного канала имеет гиперболическую форму, сам канал расположен под углом к нормали поверхности сеточного узла. Толщина сеточного узла значительно увеличена. Расстояние между анодно-сеточной и катодно-сеточной областями увеличено. Краевые кромки отверстий скруглены. Минимальная площадь сечения разрядного канала находится со стороны анодно-сеточной области. Площадь отверстия с анодно-сеточной области в 7 раз меньше площади отверстия сеточного электрода в газоразрядном приборе с двух щелевой конфигурацией отверстий. Площадь отверстия со стороны катодно-сеточной области в 2 раза меньше площади отверстия экранирующего электрода в газоразрядном приборе с двух щелевой конфигурацией отверстий.
Работа газоразрядного коммутатора с новым сеточным узлом имеет ряд отличительных черт. В новом сеточном узле за счет значительного увеличения толщины сеточного электрода, увеличивается максимальное количество теплоты, которое способен принять сеточный узел, что обеспечивает уменьшение разогрева прибора при естественном охлаждении прибора [2]. Благодаря увеличению расстояния между анодной и катодной областями и расположению отверстий под углом к нормали поверхности, сеточный узел позволяет сохранить электропрочность прибора на достаточном уровне, необходимом для работы в режиме обрыва тока. Разрядный канал в данном узле имеет форму усеченного конуса что обеспечивает однозначное горение разряда в заданном объеме [3]. Боковые грани разрядного канала имеют кривизну, геометрия которых повторяет продольные эквипотенциали электрического поля вдоль разрядного канала. Минимальная площадь сечения разрядного канала находится в области отверстия со стороны анода прибора, что приводит к уменьшению времени выключения, в результате уменьшения объема плазмы в анодно-сеточной области [4]. Скругление краевых кромок способствует уменьшению их разогрева и увеличению порога напряжения для возникновения автоэлектронной эмиссии.
Список литературы
1. Патент №187851.
2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: Учеб. руководство для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1992. 536 с.
3. Фогельсон Т.Б., Бреусова Л.Н., Вагин Л.Н. Импульсные водородные тиратроны. М: Сов. радио. 1974.
4. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д., Павлов М.Б. Газоразрядные прерыватели тока низкого давления в генераторе высоковольтных наносекундных импульсов с индуктивным накопителем энергии // ПТЭ. 2017. №6.