Генератор высокого напряжения

Генератор высокого напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик

f (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 070180 (21) 2863582/18-21 () М

Н 03 Н 3/53

Н 05 Н 5/00 с присоединением заявки Ho— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 3 0p981 Бюллетень Но 36

Дата опубликования описания 300981 (S3) УДК 621.319, 53 (088.8) (71) Заявитель Научно- исследовательский институт ядерной физики и политехническом институте им. С.М.Кирова (54 ) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано при создании сильноточных наносекундных ускорителей прямого действия на большие энергии.

Известен генератор высокого напряжения, содержащий зарядное устройство, конденсатор и коммутатор(1).

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- 15 жащий тороидальный вакуумный конденсатор с внутренним и внешним электродами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутатор и устройство для подвески внут- 20 реннего электрода тороидального конденсатора. Такой генератор позволяет получить мегавольтные потенциалы (2 ).

Недостатком известного генератора является противоречие между энерго-25 емкостью генератора и расстоянием между тороидальными электродами.

Цель изобретения " увеличение энергоемкости генератора при неизменных габаритах наружного электрода и при 3(том же максимальном напряжении на генераторе.

Указанная цель достигается тем, что в генераторе высокого напряжения, содержащем тороидальный конденсатор с внутренним и внешним электродами, термокатод, тороидальный соленоид с источником питания, коммутатор для подвески внутреннего электрода, внутренний электрод выполнен из двух участков с разными диаметрами поперечного сечения, причем участок с меньшимдиаметром установлен напротив термокатода.

В данной конструкции тороидального конденсатора меньший диаМетр поперечного сечения внутреннего элект- рода рассчитывается йз условия первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода, а больший диаметр поперечного сечения внутреннего электрода рассчитывается из условия магнитной изоляции.

На фиг. 1 дан генератор по экваториальной плоскости, разрез, на фиг.2разрез A-A на фнг. 1, Генератор высокого напряжения содержит тороидальный вакуумный конденсатор с внешним 1 и внутренним 2 электродами, тороидальный соленоид 3

868987 подключенный к источнику 4 питания, и устройство для подвески внутреннего электрода.

Внешний электрод 1 имеет кольцевой диэлектрический зазор 5, а в экваториальной плоскости к внешнему электроду 1 присоединен патрубок 6, в котором на изоляторе 7 укреплен проводящий стержень 8. Между стержнем 8 и внутренним электродом 2 имеет. ся вакуумный зазор 9. На внутреннем электроде 2 напротив стержня 8 имеется выступ 10. Проводящий стержень

8, вакуумный зазор 9 и выступ 10 образуют в совокупности коммутатор.

В полости внешнего электрода 1 расположен термокатод 11. 15

Внутренний электрод 2 содержит участок 12 с большим диаметром поперечного сечения и участок 13 с меньшим диаметром поперечного сечения.

Величина этих диаметров определяется щ необходимым максимальным напряжением на генераторе и необходимой емкостью генератора.

Участок 13 (зарядный участок) занимает меньшую часть тора, например

1/6 честь вдоль круговои оси тора. Во внутреннем электроде 2 имеется кольцевой диэлектрический зазор 14.

Электроны, испущенные термокатодом

11, дрейфуют к участку 13 по траектории 15. Емкостная часть межэлектрод-ЗО ного промежутка конденсатора образована вакуумным зазором 16 между внешним электродом 1 и участком 12 внутреннего электрода 2. Зарядная часть межэлектродного промежутка конденсато-35 ра образована вакуумным зазором 17 между наружным электродом 1 и участком

13 внутреннего электрода 2.

Генератор высокого напряжения работает следующим образом. 40

Между электродами 1 и 2 тороидального. конденсатора получают высокий вакуум. Включают термокатод 11 и устройство для подвески внутреннего электрода. Когда внутренний электрод 2 !45 занимает 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- 5() да 3 начинает пронизываться возрастающим во времени тороидальным магнитным полем. В зазоре между электродами конд. нсатора возникает вихревая электродвижущая сила, напряженность электрического поля которой в каждой точкФ направлена по.перпендикуляру относительно вектора напряженности торондального магнитного поля.

Электроны, эмиттированные термокатодом 11, под действием взаимно 60 перпендикулярных электрического и маг. нитного полей. дрейфуют к внутреннему электроду 2 и заряжают его.В простран стве между электродами 1 и 2 конденсатора возникает возрастающее во вре- . мени электрическое лоле. Так как зазор между внутренним и наружньм электродами тороидального конденсатора в зарядной части больше, чем в емкостной части, тс в районах сопряжения этих 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 переноса заряда от термокатода 11 на внутренний электрод 2 вакуумным зазором 17, т.е ° зарядной частью межэлектродного пространства конденсатора.

После того, как напряжение на конденсаторе достигает заданной величины, между электродами 8 и 10 коммутатора через вакуумный зазор 9 происходит электрический пробой, т.е ° срабатывает коммун атор, и электрический заряд, накопленный на внутреннем электроде 2, по проводящему стержню 8 подается на низкоомную нагрузку, например, рентгеновский импульсный диод.

Кратковременность процесса коммутации и магнитная изоляция, создаваемая протекающим по стержню 8 большим разрядным током, обеспечивают электрическую прочность изолятора 7.

Межэлектродный зазор тороидального конденсатора генератора высокого напряжения выполняет две функции. С одной стороны, он определяет емкость конденсатора, а значит и запасаемую в нем энергию. Чем меньше зазор между электродами 1 и 2, тем больше емкость конденсатора, тем больше запасенная в генераторе энергия.

С другой стороны, межэлектродныи зазор — это пространство, в котором осуществляется перенос электронов от термокатода 11 к внутреннему электроду 2, Чем больше межзлектродный зазор, тем дольше выполняется условие первого оборота электронов вокруг внутреннего электрода и тем до большего напряжения 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 конструкции внутреннего электрода с двумя участками с разным диаметром поперечного сечения. Участок тора внутреннего электрода, находящийся напротив термо,катода (зарядный участок), изготов868987 лен 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 изоляции.

Такая 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 по-щ вышает запасенную в генераторе энергию, т.е. повышает энергоемкость генератора. Увеличение энергоемкости генератора улучшает удельные параметры генератора высокого напряжени, повышает его КПЦ.

Формула изобретения

Генератор 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 шийся 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 экспертизе

1. Фрюнгель Ф. Импульсная техника.

М., Энергия", 1965.

2. Minterberg F. Ih Nuovo С imento.

19 1974, 20 В Р 1, р. 173-195.

868987

Составитель В. Ермаков

Техред Т.Маточка

Редактор Л.Пчелинская корректор С Иекмар

Подписное

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8353/82 Тираж 991

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5