Способ управления срабатыванием разрядника с помощью луча лазера

Сотоз Советски кСоциалистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 95368 б 61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено с присоединением заяв ЬеударетваклыН кемнтет 3)приорите Опублико СССРао делан зобретени открытий 23, 08. 82. Бюллетень53) УДК,621. 316933(088.8) 25. 08. 8 бликования опис ат 72) Авторы зобретсн.В, Пищулин и К.И. Козловский кий ордена Трудового Кра физический института менВИВЙМ 6 йвФЙо о 1) Заявит 4) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАЗРЯДНИКА С ПОМОЩ АТЫВАНИЕМУЧА ЛАЗЕРА ся к ити ктным кзрядниэлученравленс помощ ам, ем.я сраью лураз- промеРаз"ванияобластинергииоммути"2 О 1Изобретение относит мпульсной технике, в частнос быстродействующим высоковоль оммутационным элементам - ра к управляемым лазерным и иИзвестны способы уп и батывания разрядниковча лазера 13.Время задержки срабатывания разрядника и стабильность его временных характеристик обусловлены способом введения лазерного излучения, энергией излучения и ее брасом, геометрией разрядного жутка и газовым наполнением. брас времени задержки срабаты существенно увеличивается в малых времен из-эа разброса э излучения и снижения уровня к руемого напряжения.Наиболее близким к изобретению является способ управления срабатыванием разрядника с помощью луча лазера, заключающийся в том, что гаэ в разрядном промежутке между катодом и анодом иониэируют лучом лазера, который фокусируют на аноде 1.2 1.Известный способ управления обес" печивает минимальный разброс времени задержки срабатывания лишь при значительной энергии излучения. Кроме того, разброс времени задержки во многом определяется свойствами газо" ваго наполнения и уровнем коммутируемого напряжения.Цель изобретения - повышение ста" бильности управляемого срабатывания разрядника в широком диапазоне коммутируемых напряжений.Эта цель достигается тем, что согласно способу управления срабаты" ваыием разрядника с помощью луча лазера, заключающемуся в том, что гвз в разрядном промежутке между катодом и анодом иониэируют лучам лазера, который фокусируют на аноде, указанный луч лазера направляют по касательной к поверхности катода, а953686 50 55 3фокусировку луча лазера производят на поверхности анода в точке, расположенной на минимальном расстоянии от катода, причем плотность мощности лазерного излучения на поверхности катода создают большей или равной минимальной плотности мощ. ности, требуемой для обеспечения с поверхности катода эффективной термоэлектронной эмиссии, а плотг ность мощности лазерного излучения в прианодной области создают из условия образования в ней плазмы под действием лазерного излучения.На фиг. 1 представлена принципиальная схема разрядника, в котором осуществлен предлагаемый способ управления срабатывания; на фиг. 2 экспериментальные кривые изменения времени задержки срабатывания 7 в зависимости от коммутируемого напряжения Ок, пронормированного по на- пряжению пробоя Опр, причем кривая А соответствует известному способу фокусировки лазерного излучения на анод, а кривая Б соответствует предлагаемому способу Фокусировки излучения при одинаковой энергии излучения; на фиг. 3 - зависимость времени задержки срабатывания Г от места расположения (координат Х) точки фокусировки лазерного излучения, направленного параллельно оси разрядного промежутка, причем точка Х=0 соответствует границе металлгаз, точка ХЪО соответствует располо ,жению точки фокуса в газе, а точка Х 0 - расположению точки Фокуса в металле анода. Луч лазера 1 направляют после фокусирующей линзы 2 по касательной к поверхности катода 3 и Фокусируют на границе, обращенной к катоду поверхности анода 4, обеспечивая при этом плотности мощности излучения в прикатодной и в прианодной областях, достаточные для эффективной термоэлектронной эмиссии и образования плазмы, соответственно (фиг. 1). Стабильность временных характеристик разрядника повышается эа счет того, что одновременно с термоэлектронной эмиссией в прикатодной области происходит интенсивное образование плаз мы в прианодной области, приводящее к деформации поля и ускоряющее прот 1 г цесс развития электронной лавины и переход ее в стриммер. 0 15 20 25 ЭО 35 0 45 4Кроме того, луч лазера, проходя разрядный промежуток, является дополнительным источником ионизации газа, обеспечивающим снижение статистических Флуктуаций в течение времени нарастания элгктронной лавины и распространения стриммера. Требуемые значения плотности мощности излучения, получаемые при относительно небольшой энергии лазера, обеспечивают стабильность характеристик разрядника в широком диапазоне коммутируемых напряжений.Проведенные экспериментальные исследования показали, что для обеспечения вРемени срабатывания воздушного разрядника в 10 нс с разбросом не более 1 нс требуется вдвое меньшая энергия, чем в случае фокусировки луча лазера на анод или катод и более, чем на порядок меньшая, чем в случае эффективной ионизации воздуха в разрядном промежутке. Разброс времени срабатывания, кроме вышеперечисленных факторов, был обусловлен разбросом энергии лазера, составляющим около 103. При уменьшении уровня коммутируемого напряжения от 0,95 пробойного напряжения до 0,5 время задержки и его разброс в разряднике, управляемом по предлагаемому способу был меньше, чем в разряднике с фокусировкой излучения .лазера на анод или катод.При фокусировке луча лазера на границе металл-газ обеспечивается минимальное время задержки (фиг. 2 и 3). Процессы развития электронной лавины и образования плазмы при фокусировке излучения на границе металл-газ интенсифицируются за счет полного поглощения излучения в тонком поверхностном слое металла.Полученные экспериментальные данные показали, что предлагаемый способ позволяет обеспечить стабильность характеристик разрядника при управлении лазером с меньшей мощностью,Формула изобретения Способ управления срабатываниемразрядника с помощью луча лазера,заключающийся в том, что газ в раэрядном промежутке между катодом и анодом иониэируют лучом лазера, который фокусируют на аноде, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью5 9 повешения стабильности управляемого срабатывания .разрядника в широком диапазоне коммутируемых напряжений, указанный луч лазера направляют по касательной к поверхности катода, а фокусировку луча лазера производят на,поверхности анода в точке, расположенной на минимальном расстоянии от катода, причем плотность мощности лазерного излучения на поверхности катода создают большей или равной минимальной плотности мощности, требуемой для обеспечения с поверх 53686 6ности катода эффективной термоэлектронной эмиссии, а плотность мощнос"ти лазерного излучения в прианоднойобласти создают из условия образоваз ния в ней плазмы под действием лазерного излучения.Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании У 1059080,10 кл. Н 1 Х, 1967, с2, Вей 1 з,1,К. 1 ЕЕЕ,3 огпа 1 оГЯцапйив Е 1 есгоп 1 сз. ЯЕ, У 8,1970, с. Й 83-191 (прототип),