Наносекундный коммутатор

-.Щаотена йщн ОП ИСАНЙИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическихРеспублик(61) Зависимое от авт. свидетельства(22) Зая иле но 24,01,73 (21 Х 880688/26-0(51) М. Кл.Н 03 к 17/О 2 Н ОЗК 3/53 с присоединением заявкиГосударственный квинтет Совета Мнннстроа СССР оо делам нзооретеннй н открытнй(72) Авторы изобретения Научно-исследовательский институт ядерной физики,(71) Заявитель ЭЛЕКтрОНИКИ И аВтОМатИКИ ПрИ ТОМСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ институте им. С.М.Кирова(54) 1Изобретение относится к Области формирования высоковольтных наносекундных импульсов и может дримвняться в технике получения мощных наносекундных импульсных пучков электронов, в аксдеримвнтах по физике частиц высоких энергий для питания больших стримерных и искровых камер.Известны высоковольтныв нано- щ свкундныв коммутаторы, коммутирующие токи В несколько десятков килоампвр и болев, разрядники которых находятся в сжатом газе, а запускающие электроды имеют вы- и студающие над довврхностью электродов иглы.Однако в таких коммутаторах после нескольких сот импульсов необходимо заменять иглы. Это связано с тем, что вначале разряд развивается на острие, которов дри таких больших токах быстро обгорает, и вследствие этого увеличивается разброс по. времени межу 2срабатываниями разрядников. Заменйаигл требует остановки машийы ичастичной ее разборки, что не всвгда дросто в таких круйных установках,Целью изобретения являетсяполучение крутого наносекундногофронта высоковольтного имдульсана сильноточной нагрузке дри повышенной надежности и долговечностикоммутатора и относительной простоте его выполнения.Это достигается твм, что впредлагаемом коммутаторе используется несколько параллельно включен.ных трвхэлектродных разрядников,одновременность работы которыхабасдечивавтся Одновременны появлением подсветки и двойного перенапряжения с крутым фронтом вовсех разрядниках. Подсветка и перенапряжение возйикают в моментсрабатывания дополнительного двухэлвктродного разрядника, включенного на половину полного напряжения и электрически связанного со средними электродами трвхэлектродных разрядников. При этом подсветка встроена в средний электрод каж дого разрядника таким образом, что основной коммутирувмый ток замыкается через основныв электроды разрядников, не вызывая обгорания вспомогательного электрода подсвет киеБа чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого коммутатора для случая использования его в двойной формирующей линии.Коммутатор состоит из нескольких основных трвхэлектродных разрядников 1 и одного запускающего двухэлвктродного разрядника 2. Высоковольтные электроды 3 трехэлектидных ,разрядников сОединвны с высоковольтным электродом 4 формируиавй линии, а электроды 5 и электрод 6 двухэлектродного разрядника - с земляным электродом 7 линии. Каждый разрядник находится в отдальном изоляционном корпусе, заполненном сжатым газом (азот, 8 Г 6 ). Средний электрод 8 трвхэлвктродного разрядника имеет дополнительный электрод 9. Искра, образующаяся в зазоре между электродами 8 и 9, используется для подсветки осйовных зазоров трех- электродного разрядника. Электрод 9 электрически связан с элцктродом 8 через индуктивность или рвЗИСтор) 10. Краме ТОГО, ЭЛЕКтрОд 9 имеет электрическую связь через резистор (или индуктивность)11 с высоковольтным элвктрОцом 12 двух- электродного разрядника 2, Подвижная пластина 13 установлейа так, что потвнциал электродов 8 и 12 равен половине потенциала электродов 3 в момент импульсной зарядки формирующей линии. Элактрод б двух- электродного разрядника выполнен в виде концентрических колец с острыми краями для уменьшения разброса времени срабатывания.Коммутатор работает следующим образом.Прй зарядке высоковольтного ЭЛВКтРОДа 4 фОРмИРУЮЩвй ЛИНИИ От импульсного источника с микросвкундным временем зарядки 1 генвратор Аркадьева-Маркса, импульсной трансформатор потенциалы на4 электродах коммутатора распределяются таким образом, что на электро дах 8 и 12 они равйы. Для выравнивания этих потенциалов служит пластина ЕЗ, мвстоположенив которой в пространстве между электродами 4 и: 7 линии опредвляатся путем построения картины поля в элвктролитичаской ванне на модели. о ,Пля исключения небольшой разницы потенциалов между электродами 8 и 12, которая может появитьсяиз-за неточности расположенияпластины 13 и подвести к прежде" временному пробою промежутка 8-9, служит индуктивность 1 рвзистор) О. Звличина этой индуктивности рзистора Опрвдвлявтся из двух условий: а величина индуктивности 1 рвзистод должна быть нв оченьбольшой с тем, чтобы за время действия микросекунднто импульса зарядки, возможная разность потев циаЛов между электродами 8 и 12 " выравнивалась за врая, много меньшее времени зарядки Формирующей линии, и нв достигала бы величины напряжения пробоя промежутка 8-9; , б) величина этой индуктивности (рвз зистора) должна быть достаточно большой, цтобы после сбатывания запускаищвго двухэлвктродного разрядника наносекундный импульс напряжения достаточной для пробоя промежутка 8-9 величины видвлялся на индуктивности резистора).Оба эти условия лагко вйполняются , так как величина Фронта 4, импульса зарядки на 2-3 порядка 4 О больше величины фронта наносекундного импульса, получающегося при срабатывании запускающего двухэлвктродяого разрядника. После достижения ьаксиьзлъного ныпряжвния на формирующей линии срабатывает запускающий двухэчвктродный разрядник 2, напряжвнив на котором все время соответствует половинеосновного напряжения линии. Момент времени пробоя двухэлвктродного разрядника 2 опврвжает момент само- пробоя любого из трехэлвктродных разрядников 1. Это обеспечивается выбором промежутков и давления газа в разрядниках. При этом зазоры и давление газа во всех трех- электродных разрядниках одинаковы, а в двухэлвктродном могут меняться5либо два этих дараметра, либо один из них. При пробое двухэлвктродного разрядника дотвнциал электродов 9 с наносекундной достоянной времени дринимает дотвнциал алвктро. да 12, т.в. дотенциал земли. Возникакщая дзность дотвнциалов между электродами 8 и 9 приводит к дробою этих дромвжутков и появлению додсветки. Потенциал электродов 8 также становится равным дотвнциалу земли с постоянной Г=СК 1(С - емкость электрода 8на землю ;15К, - величина рвзистора п).Под воздействием интенсивной додсветки и двойного дврвнапряжения дромвжутки 3-8 трвхэлектродных разрядников пробиваются с малым временным разбросом. После этогодолнов напряжение выделяется на взисторах 11) и нижние дромежутки -5 трехэлвктродных разрядников также пробиваются дри двойном дврвнадряжвнии и воздействии додсветки через отверстия в электродах 8 с малым временным разбросом. Таким образом, обесдвчивавтся одновремен- ность срабатывания всех трехэлектодних разрядников в коммутаторе. еличина рвзистора 1 индуктивностй) П выбирается также из двух условий: а) для создания крутого фрон-та дврвнадряжвния в дроцежутках 3-8 постоянная времени"С=Сцй 1должна быть дорядка величина 4 рон ф та импульса, получающегося дри дробое двухэлвктродного разрядника 2 ( драктически единицы наносекунд); т.е. Вм должно быть до возможности малым15б) для долучвния наибольшего надряжвния, дрикладываемого к дромвжуткам 8-5 после пробоя аромвжутков 3-8, должно выдолняться УСЛОВИВ Р, ) У501( Р - волновое сопротивление формирующей линии ; й - количество трехэлвктродных разрядников в коммутаторе.55 6Эти противодоложныв условия выдолняются в наносекундных гене- торах, для которых величина волнового сопротивления формируимцей линии составляет обычно десятки ом и менее.В случае, если разброс до вре мвни между срабатываниями трвхэлектродных разрядников в кощвтаторв больше времени дробвга Фрон та волны от моста включения одного из них до соседних, электрод 4 формирующей линии может быть выдолнен с дродольными разрезами между местами включений соседних трехэлвктродйых разрядников. Длина таких разрезов вдоль электрода 4 определяется скОРОстъю расдространения волны в линии и величиной времени разброса для разброса 2-3 нсек в линии с диэлектриком - трансформаторным маслом длина разрезов 30-4 О см). Это необходимо делать для исключения шунтирования напряжения на соседних разрядниках до момента их срабатывания. ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯНаносекундный коммутатор, содержащий трвхэлектрое и онзапускахщии двухэлектродный разрядники, отличающийсятем, что, с целью уменьшения врвмвнй разброса в срабатывании трехалектродных разрядников, двухэлектродныя разрядник включвй на половину полного надряжения коммутатора,а высоковольтный электрод вго соединен через резисторы 1 индуктивности) с додолнитвльными электродами, встроенными в средние электродытрвхэлвктродных разрядников, причемдополнительные и срвднив электродысоединены подарно между собой индуктивностяии (резисторами) и образуют додсвечивающие зазоры, а остальные электроды трехалектродныхразрядников и земляныв электродывсех разрядников подсоединены соответственно к высоковольтному и земляному электродам коммутируемойлинии,(оаинское 1111111111осуарствениого кочигеаа (:овеса ЛЬ(иш (ров ( (:(:(о ио леаац изобретений и оп(гы(нй Москва, 113035, Раув(скаг( иаб., 4(р игпипи. 11 а(еит, Москва, 59, Берегкковская иаб., г С, 11 оликарповрЕ.КараЛОВаекр Л,ПОтаПОВа 1(огре . : ЛкГЛадКОВа