Плазменный диод

Плазменный диод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ())p3 001224 ф

f с" .. (е1) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 230781 (21) 3322786/18-25 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) ПриоритетОпубликовано 280283 Бюллетень ¹ 8

Дата опубликования описания 280283 ($g) + Кп 3

Н 01 Т 1/30

Н 05 Н 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 533. 9 (088. 8) (72) Автор изобретения

С.A. Коренев г

/ Объединенный институт ядерных исследованйи ----(71) Заявитель (54 ) ПЛАЗМЕННЫЙ ДИОД ° Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в ускорительной технике и технике СВЧ для возбуждения волноводов.

Известен плазменный диод на осно,ве плазменного катода. Он состоит нз вакуумной камеры, проходного изо..лятора плазменного катода и анода.

При подаче импульса напряжения на катоде формируется плазма, иэ которой электрическим полем вытягиваются электроны (1).

Недостатком известного устройства является малая длительность импульса тока пучка электронов, что связано с большой скоростью движения катодной плаЗмы в сторону .анода, составляющей (2-5) ° 10 см/с. Это означает, что максимальная длительность импульса тока пучка электронов равна времени эакорачивания плазмой промежутка между катодом и. анодом. В среднем длительность формируемого электронного пучка составляет м 1 мкс.

Наиболее близким к предлагаемому .является плазменный диод, содержащий соосно расположенные анод и катод, образованный металлической подложкой, инициатором катодной плазмы и. мелкоструктурной сеткой. В этом.диоде катод выполнен из металлической подложки на которой установлен ини5 циатор катодной плазмы с уложенной с внешней стороны металлической сеткой, при этом подложка и сетка подключены к генератору зажигания разряда. Инициатор катодной плазмы выпал"

1Р нен в виде диэлектрической вставки.

Перед подачей импульса напряжения на диод от генератора зажигания разряда поступает импульс напряжения на металлическую подложку и металлическую сетку. При этом по поверхности ди,электрика формируется плазма, которая распространяется в сторону анода со скоростью (2-6) - 10 см/с t 2) .

Недостатки этого устройства обусловлены малой длительностью импульса тока пучка электронов и сложностью конструкции диода. Максимальная дли тельность импульса тока пучка электронов определяется временем перемыкания плазмой промежутка между анодом и катодом и составляет в среднем ,м0,5 мкс при зазоре между катодом и анодом 1 см. Сложность конструкции диода объясняется наличием генератора зажигания разряда, который при подаче ускоряющего напряжения .на

1001224 диод оказывается под тем же напряжением.

Цель изобретения — повышение длительности импульса тока.

Поставленная цель достигается тем, что в плазменном диоде, содержащем соосно расположенные анод и катод, образованный металлической подложкой, инициатором катодной плазмы и мелкоструктурной сеткой, инициатор катодной плазмы выполнен в виде ферромагнитной прокладки, толщина d и диэлектрическая проницаемость - которой связаны с зазором D между сеткой и анодом соотношением

О,О - <> <ОВ, „ va

И д где U — напряжение на диоде;

d - толщина инициатора натодной .плазмы — ферромагнитной прокладки; 5Π— диэлектрическая проницаемость ферромагнитной прокладки;

0 - зазор между анодом и металлической сеткой. 55

При подборе трех переменных d,Я,D можно получить на первом конденсаторе напряжение г 1-30 кВ. Этого напряжения достаточно для зажигания разряда по поверхности ферромагнитных материалов (ферритон). Внутренний электрический пробой ферромагнитной прокладки устраняется при выполнении условия и (2) (1) 45 при этом коэффициент прозрачности сетки лежит в пределах 0,1-0,8.

На чертеже схематически показано устройство.

Плазменный диод содержит вакуумную камеру 1, на проходном изоляторе

2 которой установлен катод, образованный металлической подложкой 3, инициатором 4 катодной плазмы и металлической мелкоструктурной сеткой

5. Анод 6 установлен соосно с катодом. Давление остаточного газа в вакуумной камере составляет 10 торр.

Устройство работает следующим 30 образом.

При подаче импульса напряжения на диод оно распределяется между двумя конденсаторами. Первый конденсатор образован металлической подложкой 35

3 и металлической мелкоструктурной сеткой 5 с диэлектрическим заполнением в виде ферромагнитной прокладки, а второй — металлической мелкоструктурной сеткой 5 и анодом 6 с 4(1 вакуумным заполнением.

Разность потенциалон U<< между обкладками первого конденсатора определяют по формуле где Š— электрическая прочност ферромагнитной прокладки.

Так,,при толщине ферромагнитной прокладки из феррита марки 4СЧ10, ранной 1 мм, электрическая прочность составляет 40 кВ/мм. Напряжение зажигания разряда при этой толщине и при давлении остаточного газа р 10 5 торр составляет 2,3 кВ. При этом напряженность электрическОго поля В ферромагнетике составляет

2,3 кВ/мм, что существенно меньше пробивной напряженности электрического поля, равной 40 кВ/мм. Выбирая зазор между анодом и металлической сеткой равным 10 мм, толщину ферро- магнитной прокладки 1 мм и ее дйэлектрическую проницаемость 9,получаем при напряжении на диоде 300 кВ напряжение на первом конденсаторе U „ 3,3 кВ. Этого напряжения достаточно для зажигания разряда по поверхности феррита (порогоное напряжение зажигания разряда 2,3 кВ).

Сформированная катодная плазма распространяется в сторону анода с некоторой скоростью. Для многих марок ферри-. îâ (1СЧ,,4СЧ10, 80СЧ, ТЧ-ЗОП, ферриты с ППГ и т.д.) она составляет Ч 10+ см/с. Эта величина определяется методами скоростной фотографии при помощи лупы времени

ЛВ-0,5. Уменьшение скорости днижения катодной плазмы объясняется тем, что при возникновении незавершенного разряда по поверхности ферромагнит— ной прокладки плазма разряда начинает распространяться по поверхности ферромагнетика и в сторону анода.

В ферромагнитной прокладке наводятся вихревые токи, которые притягивают заряженную струю разрядного тока.

Так как заряженные струи притягиваются к ферромагнитным поверхностям из-за токового взаимодейстния, сила притяжения больше сил внутреннего давления в плазме, а это приводит к уменьшению скорости V„ Соотношение скоростей V в предлагаемом устройстве и Ч, в прототипе.ранно

О, 10"

04 -10 .

Величина 10 означает во сколько раз можно увеличить длительность импульса тока пучка электронов, не унеличивая при этом зазор между ано - дом и катодом по сравнению с прототипом. Так, если в прототипе максимальная длительность импульса тока составляет 0,5 мкс, то в предлагаемом устройстве она может составлять

50 мкс.

Зазор D между анодом 6 и металлической мелкоструктурной сеткой 5 и толщина d ферромагнитной прокладки

1001224

Формула изобретения

OiOg — w Oe

6 ьt.

25 с диэлектрической прочицаемостью Р должны быть связаны соотношением

ОО Oe (3)

ED+ d

Это соотношение определяет при каких параметрах E., d, D можно сформировать катодную плазму при питающих напряжениях на диод 100-300 кВ.

Из анализа формулы (1) следует, что с уменьшением значения диэлектрической проницаемости f д.з 10 напряжение на первом конденсаторе переходит в киловольтный диапазон.

Последнее означает, что на катоде можно зажечь разряд без применения специального генератора зажигания разряда, что существенно упрощает конструкцию диода.

Пример. В металлическую подложку из нержавеющей стали устанавливают ферромагнитные прокладки из ферритов с диэлектрической проницаемостью 2-10. Их толщина составляет

1-3 мм. На ферромагнитную прокладку устанавливают металлическую сетку с коэффициентом прозрачности 10-80%.

При К < 0,1 разряд, представляющий катодную плазму, зажигается нестабильно и носит многоискровой характер. При К ) 0,8 этот тип разряда переходит в искровой и плазма катодного факела носит характер искры, что приводит к уменьшению площади поверхности эмиттирующей электроны.

Плотности токов электрочов, отбираемые с плазменной поверхности в диоде при напряжениях 100-300 кВ и зазоре между входом и металлической сеткой

10 мм, равны 300-500 А/см при этом катодная плазма имеет характер однородной. Максимальная длительность им5 пульса ка пучка электронов сост ляет 45 мкс, что существенно выше, чем в известных устройствах.

Плазменный диод, содержащий соосно расположенные анод и катод, образованный металлической подложкой, !

5 инициатором катодной плазмы и мелкоструктурной сеткой, о т л и ч а ющ и и сятем,,что, с целью повышения длительности импульса тока, инициатор катодной плазмы выполнен в виде ферромагнитной прокладки, толщина d и диэлектрическая проницае" мость которой связаны с зазором между сеткой и анодом соотношением при этом коэффициент прозрачности сетки лежит в пределах 0,1-0,8.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., Советское радио, 1974, с. 204.

2. Крейндель tO.E. Плазменные ис35 точники электронов. М., Атомиздат, 1977, с. 88 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 1409/62

Тираж 701 Подписное

Филиал ПГ1П "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4