Способ поджига газонаполненного разрядника

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для регистрации быстропротекающих процессов, в частности, в лазер ной технике и высокоскоростной фотографии, где точность синхронизации, определяемая нестабильностью задержки срабатывания разрядника, поджигаемого лазером (РПЛ), часто имеет решающее значение.Известен способ поджига газонаполненного разрядника лазерными импульсами с длительностью 1 О " - 10с 1.В этом случае пробой разрядника происходит в течение действия лазерного импульса и нестабильность задержки срабатывания РПЛ составляет 210 с, При увеличении энергии лазерного импульса, поджигающего РПЛ, на порядок и брлее по отношению к пороговой энергии срабатывания разрядника, задержка срабатывания и ее нестабильность снижаются и практически перестают зависеть от энергии поджига.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ поджига газонаполненного разрядника, согласно которому в разрядный промежуток поджигаемого разрядника подают сфокусированный на поверхности его катода-мишени импульс лазерного излучения пикосекундной длительности с энергией выше пороговой энергии срабатывания разрядника 2При этом способе поджига нестабиль. ность (разброс величины времени запаздывания) срабатывания разрядника составляет не менеенс, Это связано с тем, что используемье для поджига РПЛ твердотелые неодимовые или рубиновые пикосекундные лазеры в сравнении с наносекудными лазерами (с модулированной добротностью) имеют гораздо более низкую воспроизводи-. мость расходимости и мощности излучения. В результате этого качество начальных электронов, создаваемых в газе поджигающим пикосекундным импульсом, сильно флуктуирует. Поскольку пробой РПЛ происходит после окончания поджигающего импульса, задержка пробоя определяется временем, необходимым для достижения в лавине критической концентрации электронов, когда лавина переходит в стример, Это время сильно зависит от количества начальных электронов, созданных поджигающим импульсом.Уменьшение нестабильности срабатывания путем увеличения энергии импульса лазерного излучения требует отдельный мощный усилитель, что сложно и дорого. Кроме того, быстро выводит из строя поджигаемый разрядник из-за образования каверны с острыми краями на электроде-мишени в месте фокусировки лазерного луча, что снижает пробивное напряжение разрядника и увеличивает нестабильность задержки егосрабатывания из-за падения напряженности электрического поля на дне каверны. Та- ким образом, нестабильность срабатывания разрядника при поджиге лазерным импульсом пикосекундной длительности не может быть снижена менее 1 нс, что является недостатком данного способа поджига разрядника.Цель изобретения - повышение стабильности срабатывания разрядника,10 Поставленная цель достигается тем, чтов способе поджига газонаполненного разрядника, согласно которому в разрядный промежуток поджигаемого разрядника подают сфокусированный на поверхности его катода-мишени импульс лазерного излучения пикосекундной длительности с энергией выше пороговой энергии срабатывания разрядника, через промежуток времени а 1 по отношению к моменту подачи в разрядный промежуток первого импульса лазерного 20 излучения в разрядный промежуток подаютвторой дополнительный импульс, мощность которого устанавливают по крайней мере на порядок выше мощности первого, ,причем промежуток времени ь 1 устанавливают в зависимости от величины экспериментально определенной минимальной задержки 1,н срабатывания разрядника при поджиге отдельно взятым первым импульсом лазерного излучения в соотношении 30 35 40 4 г 50 55 05 1 з.иннс д 1 Тз,минНа фиг. 1 представлень 1 диаграммы изменения во времени концентрации и электронов в разрядном промежутке поджигаемого разрядника под действием первого импульса лазерного излучения, а также изменение во времени мощности лазерного излучения в разрядном промежутке поджигаемого разрядника; на фиг. 2 - принципиальная схема поджига разрядника согласно предлагаемому способу.Первцй из двух последовательных лазерных импульсов (фиг. 1 а), сфокусированный на катод-мишень РПЛ, создает в момент времени 1, каждый раз различные начальные концентрации электронов и п , п которые рождают лавины, вызывающие пробой РПЛ с определенной нестабильностью задержки (10 с,Мощность Р второго фиксирующего импульса лазерного излучения (фиг. 16) устанавливают примерно на порядок большей, чем мощность Р, первого импульса, а задержку ь( прихода второго импульса опытным путем устанавли вают несколько меньшей, чем минимальная задержка пробоя РПЛ при поджиге отдельно взятым первым импульсом.Второй импульс резко увеличивает выше критической концентрацию электронов, образовавшихся к этому времени в голЖке лавины, созданной первым импульсом, и фикорректор В. БутягодписноеСР вина ИИП по5, МППП венного комитетаретений и о 1 крыти35, Раушская наб.,г. Ужгород, ул. Пр Государс елам изоб сква, Ж -Патент, Гзлиал д. 4/5ектная, 4 сирует (стабилизирует) момент пробоя раз-, рядника.На фиг. 2 показаны катод-мишень 1 и анод 2 разрядника, поджигаемого лазером (РПЛ), и оптический путь 3 лучей поджигающего лазера.Ось поджигающего луча лазера составляет небольшой угол (не более 5-10) с силовыми линиями электрического поля в промежутке, вдоль которых развивается лавина 4, т.е, второй импульс лазерного излучения попадает в головку лавины (фиг, 2) Таким образом, нестабильность задержки срабатывания разрядника А 1 з согласно предлагаемому способу определяется временем, необходимым стримеру на прохождение пути между головкой лавины и анодом. Положив для реальных давлений (-10 атм газа (азота) апромежутке разрядника, рабочих напряжений (-10 кВ) и межэлектродных зазоров,2-0,3 мм разрядника вариацию длины пути стримера ад не более 0,1 мм, найдемзъу ян=10 с,да го-где Четрим =10 см/с - скорость стримера.ФВариация длины пути стримера может быть следствием вариации начальной концентрации электрбнов, когда задержка второго поджигающего импульса близка к 1 знни возможно увеличение скорости лавины при концентрациях электронов, близких к критической. Если же выбрать Ь 1 не близким к 1 кикна в полтора-два раза меньше 1 кян, то концентрация электронов в промежутке окажется заметно меньшей критической, когда можно считать скорость лавины не зависящей от начальной концентрации (п п пв). При этом дс может оказаться существенно меньше указанной выше величины О, мм. Таким образом, уменьшение задержки между первым и вторым поджигающими импульсами может привести к существенному уменьшению нестабильности задержки срабатывания д 1 а до 10 с.Однако задержка между первым и вторым поджигающими импульсами должна иметь оптимум, так как дальнейшее ее умень 10 шение приведет к уменьшению эффективности взаимодействия второго импульса с головкой лавины из-за низкой концентрации плазмы в ней, образующейся к моменту прихода второго импульса.Принципиально возможны также ситуации, когда импульсы следует фокусировать в различные точки разрядного промежутка, например, первый - на катод, второй - на головку лавины. Это можно осуществить, пустив импульсы по разным опти О ческим путям и фокусируя каждый отдельной линзой.Предлагаемый способ опробован на разряднике РЛГ=2 при поджиге его импульсами неодимового лазера. Важные для поджига разрядника параметры лазерного излучения флуктуировали от импульса к импульсу в следующих пределах: длительность импульса (8 - 20) Х Х 10с; средняя за импульс мощность 30 излучения 05 - 15 Гвт Использование изобретения позволяет уменьшить нестабильность срабатывания разрядника до 2 О " с, в то время, как в прототипе эта нестабильность составляет 10 ф с,