H05H5 / 03 - прискорювальні трубки (балони або колби електронних або газорозрядних приладів з поліпшеним розподілом потенціалу по поверхні балона H01J 5/06; захисні екрани рентгенівських трубок, конструктивно пов'язані з балонами або колбами H01J 35/16)
H05H1 / 24 - Плазмова техніка (термоядерні реактори G21B; іонно-променеві трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генератори H02K 44/08; отримання рентгенівського випромінювання з формуванням плазми H05G 2/00); отримання або прискорення електрично заряджених частинок або нейтронів (отримання нейтронів від радіоактивних джерел G21, наприклад G21B, G21C, G21G); отримання або прискорення пучків нейтральних молекул або атомів (атомний годинник G04F 5/14; пристрої з стимульованим випромінюванням H01S; регулювання частоти шляхом порівняння з еталонною частотою, яка визначається енергетичними рівнями молекул, атомів або субатомних частинок H03L 7/26)
H05H1 - Плазмова техніка (термоядерні реактори G21B; іонно-променеві трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генератори H02K 44/08; отримання рентгенівського випромінювання з формуванням плазми H05G 2/00); отримання або прискорення електрично заряджених частинок або нейтронів (отримання нейтронів від радіоактивних джерел G21, наприклад G21B, G21C, G21G); отримання або прискорення пучків нейтральних молекул або атомів (атомний годинник G04F 5/14; пристрої з стимульованим випромінюванням H01S; регулювання частоти шляхом порівняння з еталонною частотою, яка визначається енергетичними рівнями молекул, атомів або субатомних частинок H03L 7/26)
Використання: в високовольтної техніки - в установках для генерування потужних імпульсів гальмівного випромінювання і електронних пучків. Суть винаходу: плазму отримують за допомогою електричного розряду по поверхні діелектрика, подаючи на останній "запускає" високовольтний імпульс з подальшим, регульованим за часом, додатком робочого імпульсу. Як "запускає" імпульсу використовують предімпульс робочої напруги на катоді прискорювальної трубки, утворений за рахунок ємнісних зв'язків останньої і джерела напруги при формуванні робочого імпульсу. Регулювання параметрів плазми і часу її утворення по відношенню до приходу робочого імпульсу здійснюють за рахунок зміни співвідношень ємності, утвореної катодом і проміжним електродом, і ємності, утвореної між проміжним електродом і анодом, а також за рахунок зміни ємності між прискорювальної трубкою і джерелом напруги. 3 мул.
Винахід відноситься до високовольтної техніки, зокрема до формування імпульсів в навантаженні, наприклад в прискорювальної трубки, і може бути використано в установках для генерування потужних імпульсів гальмівного випромінювання і електронних пучків.
Відомі способи отримання плазми на катоді і аноді прискорювальної трубки для збільшення токоотбора з катода і формування електронного пучка в проміжку катод-анод з необхідними параметрами (1). Отримання плазми на катоді прискорювальної трубки в цьому випадку здійснюється при пробої по поверхні діелектрика напругою, який формується за рахунок ємнісного поділу потенціалу при подачі робочої (основного) імпульсу. Однак цей спосіб не дозволяє регулювати час утворення плазми на катоді щодо часу подачі основного імпульсу. Даний факт істотно обмежує можливості і умови формування електронного пучка в проміжку катод-анод.
Відомий спосіб (2) отримання плазми за допомогою розряду на поверхні діелектрика, яка була обрана в якості прототипу винаходу. У ньому розряд ініціюється подачею високовольтного імпульсу від автономного джерела живлення перед проходом основного (робочого) імпульсу. Час між подачею ініціюючого імпульсу і основного визначається в основному конструкцією джерела плазми, параметрами робочого імпульсу і вимогами до електронному пучку.
До технічних недоліків прототипу відноситься неможливість використання запропонованого способу при високих робочих напругах (> 0,5 МВ), тому що в разі подання основного імпульсу напруги на катод виникають складнощі із захисту джерела ініціювання плазми з даного способу, потрібна спеціальна апаратура додаткове джерело живлення і схема синхронізації, яка регулює час між моментом інжекції плазми (пробою по діелектрика) і формуванням основного імпульсу.
Таким чином, винахід направлено на вирішення завдання щодо спрощення способу отримання плазми на електродах (катоді і аноді) прискорювальної трубки і її регулювання. Технічний результат при вирішенні цього завдання виражається у спрощенні реалізації способу виключення з конструкції додаткового джерела живлення і схеми синхронізації, в можливості використання способу отримання плазми при високих робочих напругах (U> 0,5 МВ) без ускладнень захисту джерела ініціювання плазми.
Суть винаходу полягає в тому, що в способі отримання плазми в прискорювальної трубці за допомогою електричного розряду по поверхні діелектрика, що полягає в додатку до діелектрика, що розділяє катод і проміжний електрод, "запускає" високовольтного імпульсу напруги з подальшою регульованою в часі подачею на катод робочого імпульсу напруги, як "запускає" імпульсу напруги використовують предімпульс робочого імпульсу напруги, сформований ємнісний зв'язком між прискорювальної трубкою і джерелом напруги при генерації робочого імпульсу напруги, а регулювання параметрів плазми і часу її утворення по відношенню до часу подачі на катод робочого імпульсу здійснюють за рахунок зміни ємності між укорітельной трубкою і джерелом напруги і співвідношення ємності, утвореної катодом і проміжним електродом, і ємності, утвореної між проміжним електродом і анодом.
Регулювання часу утворення плазми здійснюють в діапазоні тривалості предімпульса, а кількість плазми на катоді визначається енергією предімпульса, витраченої на її освіту. У загальному випадку обидва ці параметра залежать від співвідношення ємностей в прискорювальної трубці.
На фіг.1,2,3 запропонований один з варіантів способу отримання плазми.
Плазма в області катода створюється за рахунок розряду по поверхні діелектрика ємності C2. утвореної центральним і проміжним (кільцевих) електродом (см.фіг.3). (Використання проміжного електрода входить в поняття "катодного вузла" для освіти ємностей C1 і C2). При формуванні робочого імпульсу за рахунок ємностей C3. C1 і C2 (см.фіг.1 і 3) на центральному електроді з'являється предімпульс напруги (див. Фіг.2, верхній промінь), енергію якого пропонується використовувати для утворення плазми при пробої по поверхні діелектрика 4 ємності C2. напруга на якій формується за рахунок ділення напруги предімпульса по ємностей C1 і C2 (см.фіг.3). Регулювання величини предімпульса, часу утворення плазми і її параметрів здійснюється за рахунок зміни ємності C3 і співвідношення ємностей C1 і C2.
Зміна величини предімпульса напруги на прискорювальної трубки може бути досягнуто за рахунок зміни ємності C3 (зміна зазору в загострює розряднику P (фіг.1), постановка додаткових екранів на загострюється розряднику і т.п.).
Зміна ємностей C1 і C2 (співвідношення ємностей C1 і C2) забезпечується зміною зазору катод-анод в прискорювальної трубці або зміною конструкції катодного вузла (зміною товщини діелектрика 4 (Фіг.3), заміною одного діелектрика іншим).
Приклад. На основі запропонованого способу отримання плазми відпрацьований і введений в експлуатацію новий режим формування електронного пучка в проміжку катод-анод прискорювальної трубки. На фіг.1 наведена електрична схема генератора імпульсного напруги (ГІН) з поєднаним ємнісним і індуктивним накопичувачами енергії, де: C ємнісний накопичувач енергії; Lн індуктивний накопичувач енергії; ЕВП електровзривающіеся провідники; Р загострює розрядник; УТ прискорювальна трубка.
На фіг. 2 (верхній промінь) представлена осцилограма робочої напруги на прискорювальної трубці. Умовно осциллограмму можна розбити на дві ділянки: предімпульс тривалістю до t 2 мкс і максимальною величиною до 0,9 МВ. Предімпульс сформований за рахунок ємнісних зв'язків між джерелом і навантаженням; основний (робочий) імпульс з тривалістю на напіввисоті 0,15 мкс і величиною до 6 МВ.
На фіг. 3 приведена конструкція катодного вузла. Робоча напруга (предімпульс і основний імпульс) подається на центральний електрод 1 катодний шток. Конструкція катодного вузла утворює дві ємності: ємність C2 утворена центральним 1 і проміжним 2 електродами; ємність C1 утворена проміжним електродом 2 і анодом 3.
При формуванні в ГИН робочої напруги на прискорювальної трубці за рахунок ємнісного зв'язку з'являється предімпульс напруги, який розподіляється по ємностей C1 і C2 (див. Фіг.3). Плазма на катоді утворюється за рахунок пробою по поверхні діелектрика 4 ємності C2 (див. Фіг.3. Кількість плазми, утвореної на катоді, визначається часом пробою ємності на предімпульсе (в даному випадку в діапазоні 0.2 мкс).
На фіг.2 (нижній промінь) представлена осцилограма напруги на прискорювальної трубці при пробої ємності C2. Видно, що величина предімпульса практично дорівнює нулю і вся енергія предімпульса витрачена на освіту плазми. За час предімпульса плазма заповнює проміжок катод-анод і визначає умови формування електронного пучка при подачі основного імпульсу.
Для ефективного регулювання умов формування електронного пучка в проміжку катод-анод необхідно виключити появу плазми на інших ділянках катодного вузла або, якщо це не вдається, виключити контакт плазми, утвореної на катоді (на поверхні діелектрика) з плазмою від інших джерел, т. Е. між джерелами плазми повинен бути проміжок протяжністю
l 2Vп t,
де Vп (2.4) 10 6 см / с швидкість дрейфу плазми;
t час від моменту утворення плазми до приходу основного імпульсу.
На прискорювачі ІГУР-3 ця проблема вирішена використанням в конструкції катодного вузла діелектричного корпусу 5 (див. Фіг. 3) необхідних розмірів.
На прискорювачі ІГУР-3 використання даного способу дозволило здійснити фокусування електронного пучка на аноді прискорювальної трубки до діаметра приблизно 5 мм (був приблизно 150.200 мм). Струм пучка приблизно 50 кА, максимальна енергія електронів 6 МеВ. При цьому потужність дози гальмівного випромінювання в області фокусування пучка була збільшена приблизно в 15 разів і досягла приблизно 10 13 р / с, що істотно розширило можливості проведення досліджень.
Т.ч. використання вищеописаного способу дозволило практично без витрат і використання додаткових пристроїв отримувати плазму на катоді УТ під час дії предімпульса, регулювати кількість плазми і як наслідок здійснити фокусування електронного пучка на аноді прискорювальної трубки прискорювача ІГУР-3.
Спосіб отримання плазми в прискорювальної трубці за допомогою електричного розряду по поверхні діелектрика, що полягає в додатку до діелектрика, що розділяє катод і проміжний електрод, "запускає" високовольтного імпульсу напруги з подальшою регульованою в часі подачею на катод робочого імпульсу напруги, що відрізняється тим, що в якості "запускає" імпульсу напруги використовують предімпульс робочого імпульсу напруги, сформований ємнісний зв'язком між прискорювальної трубкою і джерелом напруги при генерації робочого імпульсу напруги, а регулювання параметрів плазми і часу її утворення по відношенню до часу подачі на катод робочого імпульсу здійснюють за рахунок зміни ємності між прискорювальної трубкою і джерелом напруги і співвідношення ємності, утвореної катодом і проміжним електродом, і ємності, утвореної між проміжним електродом і анодом.