Генератор высокого напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических республик(23) Приоритет -Опубликовано 3 СО Н 03 Н 3/5 Н 05 Н 5/О осударственный комитет СССР по делам изобретений н открытийата опубликования описания 300981(71) Заявитель Научно- исследовательский институт ядерной физики политехническом институте им, С.М.Киро54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ том же мак генератореУказанн что в гене н я мальном напряжении на ехнике усможет быть льноточных ямого дейж в ватоиг. 2 вн дамИзобретение относится к т корения заряженных частиц и использовано при создании си наносекундных ускорителей пр5 ствия набольшие энергии.Известен генератор высокого напряения, содержащий зарядное устройсто, конденсатор и коммутатор(11.Недостатком известного устройства является сложность создания конденсаторных элементов на высокие и сверхвысокие напряжения, что ограничивает энергию ускоряемых частиц.Наиболее близок к предлагаемому генератор высокого напряжения, содер жащий тороидальный вакуумный конденсатор с внутренним и внешним электродами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутатор и устройство для подвески внут реннего электрода тороидального конденсатора. Такой генератор позволяет получить мегавольтные потенциалы(2 .Недостатком известного генератора является противоречие между энергоемкостью генератора и расстоянием между тороидальными электродами.Цель изобретения " увеличение энергоемкости генератора при неизменных габаритах наружного электрода и при 3( ая цель достигается тем,раторе высокого напряжен , содержащем тороидальный конденсатор с внутренним и внешним электродами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутатордля подвески внутреннего электрода,внутренний электрод выполнен издвух участков с разными диаметрамипоперечного сечения, причем участокс меньшим диаметром установлен напротив термокатода.В данной конструкции тороидального конденсатора меньшвй диаметр поперечного сечения внутреннего элект-рода рассчитывается йз условия первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода, а больший диаметр поперечного сечения внутреннегоэлектрода рассчитывается из условиямагнитной изоляции,На фиг. 1 дан генератор по экриальной плоскости, разрез, на фразрез А-А на фнг. 1,Генератор высокого напряжения соцержит тороидальный вакуумный конденсатор с ешним 1 и внутренним 2электро и, тороидальный соленоид 3подключенный к источнику 4 питания,и устройство для подвески внутреннего электрода.Внешний электрод 1 имеет кольцевой диэлектрический зазор 5, а вэкваториальной плоскости к внешнемуэлектроду 1 присоединен патрубок 6,в котором на изоляторе 7 укрепленпроводящий стержень 8 . Между стержнем 8 и внутренним электродом 2 имеется вакуумный зазор 9. На внутреннемэлектроде 2 напротив стержня 8 имеется выступ 10. Проводящий стержень8, вакуумный зазор 9 и выступ 10образуют в совокупности коммутатор.В полости внешнего электрода 1 расположен термокатод 11. 15Внутренний электрод 2 содержитучасток 12 с большим диаметром поперечного сечения и участок 13 с меньшим диаметром поперечного сечения.Величина этих диаметров определяется2 Онеобходимым максимальным напряжениемна генераторе и необходимой емкостью генератора,Участок 13 (зарядный участок) занимает меньшую часть тора, например1/6 честь вдоль круговои оси тора. Вовнутреннем электроде 2 имеется кольцевой диэлектрический зазор 14.Электроны, испущенные термокатодом11, дрейфуют к участку 13 по траектории 15. Емкостная часть межэлектрод-ЗОного промежутка конденсатора образована вакуумным зазором 16 между внешним электродом 1 и участком 12 внутреннего электрода 2. Зарядная частьмежэлектродного промежутка конденсато ра образована вакуумным зазором 17между наружным электродом 1 и участком13 внутреннего электрода 2.Генератор высокого напряжения работает следующим образом. 40Между электродами 1 и 2 тороидального. конденсатора получают высокийвакуум, Включают термокатод 11 и устройство для подвески внутреннего электрода. Когда внутренний электрод 2 45занимает рабочее положение, при котором внешний 1 и внутренний 2 электроды коаксиальны, из источника 4 питания в соленоид 3 подают импульс тока.,При этом пространство внутри соленои- рда 3 начинает пронизываться возрастающим во времени тороидальным магнитным полем. В зазоре между электродами конд. нсатора возникает вихреваяэлектродвижущая сила, напряженностьэлектрического поля которой в каждойточкФ направлена по.перпендикуляруотносительно вектора напряженноститорондального магнитного поля.Электроны, эмиттированные термокатодом 11, под действием взаимно 60перпендикулярных электрического и магнитного полей. дрейфуют к внутреннемуэлектроду 2 и заряжают его.В пространстве между электродами 1 и 2 конденсатора возникает возрастающее во вре- . мени электрическое лоле. Так как зазор между внутренним и наружньм электродами тороидального конденсаторав зарядной части больше, чем в емкостной части, тс в районах сопряженияэтих зазоров электрическое поле конденсатора, кроме радиальной компоненты,содержит также азимуталъную (вдоль окружности большого радиуса торов) компоненту, которая создает в этих районах потенциальные барьеры и, таким .образом, локализует область переносазаряда от термокатода 11 на внутренний электрод 2 вакуумным зазором 17,т.езарядной частью межэлектродногопространства конденсатора.После того, как напряжение на конденсаторе достигает заданной величины, между электродами 8 и 10 коммутатора через вакуумный зазор 9 происходит электрический пробой, т,есрабатывает коммунатор, и электрическийзаряд, накопленный на внутреннемэлектроде 2, по проводящему стержню 8подается на низкоомную нагрузку, например, рентгеновский импульсный диод,Кратковременность процесса коммутации и магнитная изоляция, создаваемая протекающим по стержню 8 большимразрядным током, обеспечивают электрическую прочность изолятора 7.Межэлектродный зазор тороидального конденсатора генератора высокогонапряжения выполняет две функции. Содной стороны, он определяет емкостьконденсатора, а значит и запасаемуюв нем энергию. Чем меньше зазор между электродами 1 и 2, тем больше.емкость конденсатора, тем больше запасенная в генераторе энергия.С другой стороны, межэлектродныизазор - это пространство, в которомосуществляется перенос электроновот термокатода 11 к внутреннемуэлектроду 2,Чем больше межзлектродный зазор,тем дольше выполняется условие первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода и тем до большегонапряжения можно зарядить конденсатор,Таким образом, чтобы повысить емкость конденсатора (генератора), следует уменьшить межэлектродный зазор, а чтобы повысить величину напряжения, до которого возможно зарядить конденсатор (генератор), межэлектродный зазор необходимо увеличивать.Совместить эти два противоречивых требования становится возможным благодаря специальной конструкуии внутреннего электрода с двумя участками с разным диаметром поперечного сечения. Участок тора внутреннего электрода, находящийся напротив термо,катода зарядный участок), изготовлен с меньшим диаметром поперечного сечения, таким, которьм обеспечивается возможность зарядки внутреннего электрода до заданной величины максимального напряжения. Второй, больший по величине, участок тора внутреннего электрода емкостной участок изготовлен с большим диаметром поперечного сечения, таким, который обеспечивает значительное (в несколько раз) увеличение емкости конденсатора при сохранении электрической прочности межэлектродного промежутка конденсатора с учетом магнитной изоляцииТакая конструкция внутреннего электрода позволяет без увеличения 15 размеров наружного электрода и при неизменной амплитуде напряжения на генераторе в несколько раз повысить емкость конденсатора.Увеличение емкости конденсатора поО вышает запасенную в генераторе энергию, т.е. повышает энергоемкость генератора. Увеличение энергоемкости генератора улучшает удельные параметры генератора высокого напряжени,повышает его КПД.Формула изобретенияГенератор высокого напряжения, соцержащий тороидальный конденсатор с внутренним и внешним электродами, термокатод, тароидальный соленоид с источником питания, коммутатор для подвески внутреннего электрода, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения энергоемкости генератора, внутренний электрод выполнен из двух участков с разными диаметрами поперечного сечения, причем участок с меньшим диаметром установлен напротив термокатода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Фрюнгель Ф. Импульсная техника. М.,"Энергия 1965,2. ЫпйегЬегр Г. 1 Ь йцочо С 1 шеп 1 о, 19 1974, 20 В Р 1, р. 173-195.888987 Составитель В. Ермакоедактор Л.Пчелинская Техред Т.Маточка орректор С Иекмар Подписн Зака д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна 353/82 Тир ВНИИПИ Государств по деам изобр 113035, Москва, ж