Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

340

Глава 17. Импульсные генераторы

электрическим взрывом проводника

Рис. 17.13. Общий

вид установки

«ЭМИР-М»:

- контейнер

генератора Маркса;

2 - каналы

ЭВП; 3 - испытательная зона;

генератор

электромагнитного поля;

изолятор диода;

б -

коммутатор

диода;

7 -

контейнер

УВП

Модуль генератора Маркса имеет размеры 0,97x0,6x2,94 м

и состоит из

девятнадцати секций. В секции установлен конденсатор напряжением 100 кВ и

емкостью 0,4 мкФ. Каждый модуль имеет каналы зарядного напряжения, запуска,

измерения тока, заполнения и продувки сжатым сухим воздухом. Секции модуля

коммутируются шаровыми трехэлектродными разрядниками с управлением ре-

зистивными (или емкостными) связями с предыдущей секцией, работающими в

атмосфере сухого воздуха под давлением.

Стартовый разрядник работает по принципу искажения поля и запускается

сбросом потенциала с управляющего электрода. Все разрядники модуля распола-

гаются в полиэтиленовой трубке с межсекционным расстоянием 250 мм. Искровые

промежутки «видят» друг друга, что обеспечивает взаимное ультрафиолетовое

облучение. Индуктивный накопитель - бескаркасная катушка, выполненная из

стальной трубы диаметром 300 мм и длиной 1500 мм. Число витков катушки мо-

жет изменяться.

УВП - устройство, обеспечивающее технологические условия снаряжения узла

набором проводников, взрыва последних и удаления продуктов взрыва. УВП пред-

ставляет собой набор из десяти герметичных полиэтиленовых труб (каналов) диа-

метром 130 мм и длиной 4 м, в которые помещаются кассеты с ЭВП. На момент

срабатывания каналы заполняются сжатым воздухом с давлением до 3 атм. Набор

ЭВП для эксплуатационных режимов составляет примерно 100 штук медных про-

водников диаметром 0,1 мм и длиной 4-н6,5 м.

УВП размещается в цилиндрическом контейнере, который расположен между

контейнерами генератора Маркса и соединен с ними патрубками диаметром

1400 мм. Контейнер УВП имеет высоту 4,5 м и диаметр 3,2 м. В патрубках проходят

индуктивности, соединяющие коллекторы генераторов Маркса с коллекторами УВП.

Коммутатор ускорительной трубки - обычное двухэлектродное устройство, ра-

ботающее на самопробое в трансформаторном масле. Один электрод - плоскость

(фланец ускорительной трубки), другой электрод (потенциальный) имеет, напри-

мер, форму кольцевой кромки (диаметр 225 мм).

§17.5

Описание импульсных генераторов

ЭВП

341

Ускорительная трубка (диод) конструктивно аналогична множеству устройств

такого типа. Основной ее элемент - вакуумный изолятор - представляет собой че-

редующийся набор изоляционных и градиентных колец. Изоляционные кольца

выполнены из капролона, градиентные кольца - из алюминиевого сплава. Количе-

ство изоляционных колец - девятнадцать при высоте 100 мм или сорок шесть при

высоте 40 мм. Градиентные кольца выполнены фигурными для обеспечения экра-

нирования вакуумной поверхности изолятора. Внутренний диаметр изолятора 1080

мм. Электродная часть диода представляет собой коаксиал длиной 700 мм с диа-

метром внутреннего и наружного электродов 100 и 500 мм соответственно. В зави-

симости от режима работы торцевая часть наружного электрода диода комплекту-

ется танталовой мишенью при генерации тормозного излучения или окном из ти-

тановой фольги при выводе электронного пучка. Установка «ЭМИР-М» работала

также как генератор электромагнитного поля.

В работе [25] показана возможность получения импульсов напряжения до 5 МВ

с использованием линейного трансформатора как индуктивного накопителя и ЭВП

в качестве прерывателя тока (установка «МИГ»). Компактность линейного им-

пульсного трансформатора вместе с компактностью, характерной для устройства

взрыва проводников (УВП) и накопительной индуктивности, широкие возможно-

сти по варьированию напряжения, фронта и длительности импульса придают всей

установке новое качественное содержание и делают ее исключительно удобным

инструментом для физических исследований в небольших лабораториях.

На рис. 14 показано устройство взрыва проводников, подсоединяемое непо-

средственно к трансформатору. Его габариты 1,8x4,5 м. В стальном корпусе 7

находится шахта прерывателя 4, поверх которой намотана накопительная индуктив-

ность 5. Один конец индуктивности соединен непосредственно с высоковольтным

1 2 3

Рис. 17.14. Узел ЭВП с секционированным изолятором и диодом: 1 - вторичный виток им-

пульсного трансформатора; 2 - проходной изолятор импульсного трансформатора; 3 - про-

ходной изолятор узла ЭВП; 4 - шахта прерывателя; 5 - накопительная индуктивность; 6 -

«земляной» электрод-крышка прерывателя; 7 - корпус узла ЭВП; 8 - датчик тока /

вп;

прерыватель; 10 - электроды масляного разрядника;

- секционированный изолятор;

магнитоизолированная линия; 13- катод; 14- анод

342

Глава 17. Импульсные генераторы

электрическим взрывом проводника

Рис. 17.15. Принципиальная электрическая схема импульсного трансформатора, ЭВП-узла и

диода: Суд = 107 нФ - ударная эквивалентная емкость трансформатора; К - ключ; Ь\ =

= 2,6

мкГн

- индуктивность первичных

цепей

трансформатора; Ь}

2,1 мкГн - индуктивность

вторичного витка;

3,5 мкГн - накопительная индуктивность;

= 1

мкГн - индуктивность

прерывателя; ЭВП - прерыватель

на

электрически взрывающихся проводниках; Р - разрядник;

= 0,5 мкГн

- индуктивность нагрузки; Я

- сопротивление нагрузки

вторичным витком 1 импульсного трансформатора, а второй конец - с прерывате-

лем 9 и коммутатором 10. Прерыватель - это каскадная конструкция для закрепле-

ния на ней взрывающихся проводников. Он находится внутри шахты-трубы из по-

лиэтилена диаметром 250 мм с толщиной стенки 50 мм. Со стороны разрядника 10

подсоединяется секционированный изолятор с нагрузкой - электронным диодом.

На рис. 15 представлена эквивалентная электрическая схема, поясняющая прин-

цип работы трансформатора на прерыватель и нагрузку. Здесь

Суд

- ударная емкость

трансформатора; К - эквивалентный коммутатор; Ь\ - индуктивность первичных

цепей трансформатора; Ь

- индуктивность вторичной обмотки; Ь

- накопительная

индуктивность; Ь

- индуктивность прерывателя; ЭВП - прерыватель (электрически

взрывающиеся проводники); Р - разрядник; Ь

- индуктивность нагрузки; К

- со-

противление нагрузки. Импульсный трансформатор вместе с накопительной индук-

тивностью и прерывателем образуют 1С-контур, в котором после разгона тока про-

исходит его обрыв. Напряжение, равное произведению индуктивности (Ц + Ц,)

на скорость обрыва тока, приводит к пробою разрядника Р. На нагрузке форми-

руется импульс, длительность которого задают индуктивности (Д+^+^з+А*) и

собственное сопротивление нагрузки При напряжении 5 МВ на диоде ток со-

ставлял 100 кА при длительности импульса около 100 не. В этом эксперименте пре-

рыватель состоял из 32 медных проволочек диаметром 90 мкм, а межэлектродный

зазор в разряднике Р (масляный промежуток) составлял 5 см.

Литература к главе 17

Еаг1у

Н.С., Магйп КЗ. МеНюё оГ Ргос1ист§ а Раз! Сштеп! Клзе &ош Епещу 81ога§е Са-

раейогз

Кеу. 8сь1пз1гит. 1965. Уо1. 36. Р. 1000-1003.

Маг&оптег СИ., Ыпкагс?!

3.0., СоиНап С. КарШ ТгапзГег оГМа^пейс Епещу Ъу Меапз оГ

Ехр1осШ1§ РоПз //

1Ыё. 1966. Уо1. 37. Р. 1380-1388.

Ковалъчук

Б.М., Котов Ю.А., Месяц Г.А. Наносекундный сильноточный ускоритель

электронов с индуктивным накопителем

ЖТФ. 1974. Т. 44, вып. 1. С. 215-217.

4. Соболев Н.Н. Исследование электрического взрыва тонких проволочек // ЖЭТФ. 1947.

Т. 17, вып. 11. С. 986-997.

Кварцхава

И.Ф.,

Бондаренко

В.В.,

Плютто

А.А.,

Чернов А.А.

Осциллографическое оп-

ределение энергии электрического взрыва проволочек // ЖЭТФ. 1956. Т. 31, вып. 5.

С. 745-751.

Литература к главе 16 343

6. Запев С.Я.,

КогИг Н.

НщЬ-Рошег

Ри1зе

81ееретп§

Ъу

Меапз оГЕхр1осНп§ Мгез

Кеу. 8сь

1пз1гит. 1959. Уо1. 30, N 11. Р. 1032-1037.

Месяц Г.А.

Генерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Сов. радио, 1974.

ВеппеП

ЕЙ.

№§11

ТетрегаШге Ехр1осИп§ Мгез

Рго^гезз т Шф ТетрегаШге РЬузюз апё

СЬепизЪу

Её. Ьу С.А.Яоизе. Ох&гё: Рег^атоп

ргезз,

1967. Уо1. 1.

9. Котов Ю.А., Колганов Н.Г.

Седой В.С. Формирование высоковольтных импульсов с

помощью взрыва проводников // Мощные наносекундные импульсные источники уско-

ренных электронов

Под

ред.

Г.А. Месяца. Новосибирск: Наука, 1974. С. 83-96.

10. Бакулин ЮД., Куропатенко В.Ф., Лучинский А.В. Магнитогидродинамический расчет

взрывающихся проводников

ЖТФ. 1976. Т. 46, вып. 9. С. 1963-1969.

И. КоШ

Уй.А., Ко1%апо\

N.0.,

8ес1о1

7.8.

еХ а1.

Ыапозесопё Ри1зе Оепега1огз Мисйуе

8*ога§е

Ргос. I ШЕЕ Мегп.

Ри1зеё

Рошег

СопГ.

ЬиЬЬоск, 1976. Уо1. 1А. Р. 1-11.

12. Котов Ю.А., Лучинский А.В. Усиление мощности емкостного накопителя энергии пре-

рывателем тока на электрически взрываемых проводниках // Физика и техника мощных

импульсных систем

Под ред. Е.П. Велихова. М.: Энергоатомиздат, 1987.

13. Калиткин Н.Н., Кузьмина Л.В. Таблицы термодинамических функций вещества при

высокой концентрации энергии. М., 1978. (Препр. Ин-т прикл. математики АН СССР),

14. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродина-

мических явлений. М.: Физматгиз, 1963.

15. Ковалев В.П.,

Кормилицын

А.И., Лучинский А.В. и др. «ИГУР-1» - электронный ускори-

тель с индуктивным накопителем энергии и взрывающимися проводниками // ЖТФ.

1981. Т. 51, вып. 9. С. 1865-1867.

16. Клайн

С.

Дж. Подобие и приближенные методы / Пер. с англ. под ред. И.Т. Аладьева и

К.Д. Воскресенского. М.: Мир, 1968.

17. Котов Ю.А., Седой В.С. Подобие при электрическом взрыве проводников // Разработка

и применение источников интенсивных электронных пучков: Сб. ст. / Отв. ред. Г.А. Ме-

сяц. Новосибирск: Наука, 1976. С. 56-59.

18. Азаркевич Е.И. Применение теории подобия к расчету некоторых характеристик элек-

трического взрыва проводников

ЖТФ. 1973. Т. 43, вып. 1. С. 141-145.

19. Седой В.С. Некоторые закономерности электрического взрыва проводников // ЖТФ.

1976. Т. 46, вып. 8. С. 1707-1710.

20.

Калганов

Н.Г., Котов

Ю.А.

Переключение ЬС-контура на активную нагрузку с помощью

электрически взрываемых проводников // Разработка и применение источников интенсив-

ных электронных

пучков / Под ред.

Г.А. Месяца. Новосибирск: Наука, 1976. С. 69-75.

21.

АгагкеугсН Е.1.,

Согуатоу С.М., 2кегШзтА.С. Рогтайоп оГЯеЫтзйс НщЬ

Сиггеп!

Е1ес-

1гоп Веатз *гот Ьо>у-Уо1*а§е Епег^у 8оигсез // ^огШ 8сь 1990. Уо1. 2: Ргос. VIII 1п*егп.

СопГ. оп Н^Ь-Ро^ег Раг*ю1е Веатз: (ВЕАМ8-90) (Му 2-5, 1990, ЫоуозИнгзк, Ш8К).

Уо1. 2. Р. 854-859.

22. Котов Ю.А., Соковнин С.Ю.,

Филатов А.Л.

«ВИРА-1,5 М» - компактный генератор тор-

мозного излучения

ПТЭ. 1990.

№

2. С. 149-153.

23. Дианков В.С.

Ковалев В.П., Кормилицын А.И., Лаврентьев Б.П. Мощные импульсные

генераторы тормозного излучения и электронных пучков на основе индуктивных нако-

пителей энергии

Изв. вузов. Физика. 1995.

№

12. С. 84-92.

24.

Ковальчук

Б.М., Кремнев В.В. Генераторы Аркадьева-Маркса для сильноточных ускори-

телей // Физика и техника мощных импульсных систем / Под ред. Е.П. Велихова. М.:

Энергоатомиздат, 1987. С. 165-179.

25. Лучинский А.В.

Ратахин Н.А.,

Федущак

В.Ф., Шепелев

А.Н.

Многоцелевой импульсный

генератор трансформаторного типа// Изв. вузов. Физика. 1997.

№

12. С. 67-75.

Глава 18

ИМПУЛЬСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ПЛАЗМЕННЫМИ

ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА

§ 18.1 Генераторы с наносекундными плазменными

прерывателями тока

Одним из основных направлений развития импульсной энергетики и электро-

ники большой мощности являются системы с индуктивным накоплением энергии

и плазменными прерывателями тока (ППТ). Их использование дает возможность

решать несколько задач: увеличивать мощность импульсных генераторов, умень-

шать длительность импульса, устранять предымпульсы, создавать компактные и

дешевые импульсные генераторы и ускорители.

В общих чертах последовательность работы ППТ заключается в следующем.

Вблизи нагрузки импульсного генератора создается плазменная перемычка между

земляным и потенциальным электродами. Ток генератора протекает первоначально

по этой перемычке, при этом происходит частичная (или полная) передача энергии

из емкостного накопителя в индуктивный. При определенных условиях проводи-

мость плазменной перемычки резко уменьшается, генерируется вихревая эдс и

накопленный в индуктивности энергопоток переключается в нагрузку.

Прототипом ППТ можно считать плазмонаполненные диоды, которые исполь-

зовались в работах группы Плютто [1, 2] в СФТИ при исследовании формирования

мощных электронных пучков и для коллективного ускорения ионов. Схема экспе-

риментов приведена на рис. 1. Из плазменного источника 1 плазма втекает в уско-

ряющий промежуток 2 длиной 2 см. Ускоряющее поле прикладывается к запол-

ненному плазмой (п ~ 10

см~

) промежутку с задержкой -1-2 мкс и поддержи-

вается емкостью С

= 0,4 мкФ. Отличительной особенностью формирования

электронных пучков методом предварительного заполнения ускоряющего проме-

жутка плазмой является то, что в начальной стадии развития тока промежуток за-

корочен плазмой, и падение напряжения на нем мало. При достижении током в

промежутке некоторого критического значения омическое сопротивление проме-

жутка возрастает, что приводит к срыву электронного тока и резкому увеличению

§18.1

Генераторы

наносекундными плазменными прерывателями тока

345

3 2 1

Рис. 18.1. Принципиальная схема эксперимента: 1 - искровой источник, 2 - ускоряющий

промежуток, 3 - ускоряющий электрод, Р

- разрядники, Ь - индуктивность конденса-

тора С

разрядного контура

разности потенциалов на промежутке до величины, превосходящей начальное на-

пряжение источника питания. В стадии срыва общего тока в плазме формируется

электронный пучок, значительная часть которого проходит сквозь сетку в аноде и

измеряется цилиндром Фарадея. Величина критического тока возрастала с повыше-

нием концентрации плазмы в промежутке и достигала 2-10

А. Ток пучка при этом

достигал 10

А с длительностью импульса 3-Ю"

с. Электроны имели широкий энер-

гетический спектр, а их максимальная энергия достигала где Щ - напряжение

зарядки батареи. По мнению авторов [1,2], характерной особенностью исследуемых

режимов является сосредоточение разности потенциалов вблизи катода. Такое рас-

пределение потенциала устанавливается в момент достижения критического тока и

сохраняется в стадии срыва общего тока. В результате этого плазма в промежутке

испытывает разрыв на прикатодную и прианодную. Последняя имеет потенциал

анода и является как бы продолжением анода. Толщина оболочки объемного заряда

вблизи катода может быть приближенно определена по закону «трех вторых»:

1 5-10"

(уз/4

</=

1/2

(

18Л

при V = 30 кВ,у = 2-10

А/см

с!

= 3-10

-2

см и средняя напряженность поля дости-

гает > 10

В/см.

Следующим шагом в развитии этой технологии была работа группы Менделя

[3, 4] в 8М, на установке «Рго*о-1». Они встраивали плазменный источник во

взрывоэмиссионный диод для устранения предымпульсов, которые возникают при

работе генератора Маркса и основного коммутатора за счет тока смещения через

собственные емкости коммутаторов и обострителей. Такой предымпульс создает в

диоде плазму до прихода основного импульса и приводит к нарушению работы

ускорителя электронов из-за уменьшения импеданса диода. Поскольку ток пре-

дымпульса мал по сравнению с основным импульсом, то плазменная перемычка

вначале работает в режиме короткого замыкания, а на фронте основного импульса

сопротивление резко возрастает.

В диоде ускорителя «Рго1о-1» [3] катод заземлялся, а анод находился под

импульсным потенциалом ~2 МВ. Коммутатор состоял из двух ключей. Каждый

ключ представлял собой несколько плазменных пушек, равномерно распределен-

ных вдоль окружности. Эти две окружности располагались коаксиально к катоду

346

Глава 18. Импульсные генераторы

плазменными прерывателями тока

вдоль окружности. Эти две окружности располагались коаксиально к катоду диа-

метром -2,5 см. Анодная пластина, изготовленная из меди, алюминия или углеро-

да, имела толщину 1,2 или 0,6 см. Катод был смонтирован на пластине коммутато-

ра. Пластина содержала две серии круглых отверстий, через которые плазма ком-

мутатора текла к анодной пластине.

Коммутатор работал как диод с быстро изменяющимся промежутком анод-ка-

тод. Изменение промежутка было обусловлено тем, что значительный по величине

ток вызывал настолько быстрые потери ионов в слое катодной плазмы, что эта

плазма уничтожалась быстрее, чем текущая плазма могла ее заместить. Этот кри-

терий баланса потока давал пороговый ток /

для работы коммутатора в качестве

размыкателя.

Исходя из уравнения Пуассона и энергетических соображений, в [4] показано,

что отношение плотности тока ионов к плотности тока электронов через плоскость

на границе вакуумный зазор - плазма ключа равно

где т

и /и, - массы электрона и иона соответственно; I] - напряжение на расши-

ряющемся вакуумном зазоре; с - скорость света в вакууме. Неравенство имеет ме-

сто при наличии магнитного поля, действующего на электроны. Следовательно,

если пренебречь давлением плазмы, то скорость расширения зазора

Для экспериментов на диоде «Рго1о-1» получено [4] п ~ 10

см

-3

, ^ - 4 кА/см

е1Лт

- 2, и для ионов углерода С

, имея {т

!т^

~ 10~

, получаем {МсН)

ср

3,5-10

см/с, т.е. за 10 не вакуумный зазор расширяется до нескольких сантиметров.

ППТ выполнял только одну функцию - снижал предымпульс в ускорителе

«Рго1о-1». Из-за быстрого нарастания напряжения через емкость коммутатора на

диод проходил предымпульс с амплитудой до 30 кВ, который создавал плазму на

катоде с концентрацией частиц ~10

см

-3

, мешавшую проведению экспериментов

по пинчу. При наличии плазменного коммутатора амплитуда предымпульса снижа-

лась, а последующие колебания предымпульса устранялись. Из-за малого времени

нарастания напряжения на диоде стало возможным довести зазор анод-катод до

2 мм при напряжении -2 МВ. На ускорителе «Рго1о-1» с использованием описанно-

го коммутатора была достигнута скорость роста тока на катоде ~310

А/с, а ско-

рость роста напряжения на промежутке анод - катод - до 10

В/с. Достигнуто пе-

реключение тока ускорителя -75 кА на промежуток анод-катод за 5-Ю

-9

с.

Важным шагом в развитии технологии ППТ является работа Стрингфилда и

др. [5] на установке «РуЙюп». Плазменный коммутатор проводил ток 1 МА и

существенно укорачивал время нарастания тока в нагрузке (диоде ускорителя) из-

за нелинейного сопротивления плазмы. Таким образом, ППТ здесь играл роль

обострителя фронта импульса.

В работе Меджера и др. [6] в 1ЧКЬ на установке «ОашЫе-1» (рис. 2) была

показана возможность применения ППТ как в качестве обострителя фронта, так и

в качестве прерывателей тока, для увеличения пиковой мощности и уменьшения

Л {Щ) { 2т

)

(18.2)

(18.3)

§18.1

Генераторы

наносекундными плазменными прерывателями тока

347

Рис.

18.2. Схема

ППТ

генератора типа

«ОатЫе»

длительности импульса на нагрузке в системах с индуктивным накоплением энер-

гии (рис. 3). Во всех этих и последующих экспериментах с ППТ в лабораториях

США использовались мощные импульсные генераторы на водяных линиях. Харак-

терное время замкнутого состояния ППТ составляло ~10~

с, а длительность фазы

обрыва тока -10"

с. Поэтому такие ППТ мы будем называть наносекундными. Об-

зор ранних работ с такими системами можно найти в [7, 8].

Для того чтобы понять действие плазменных прерывателей тока, рассмотрим

конструкции плазменных источников. Как правило, используют два типа источни-

ков. Это коаксиальные пушки и многоэлектродные пушки с разрядом по поверхно-

сти диэлектрика (рис. 4) [7]. На эти пушки обычно разряжаются конденсаторы

через газовые разрядники. Ток меняется по затухающей синусоиде с периодом в

несколько микросекунд. На рис. 5 показаны ток в плазменной пушке, а также

г [не] г [не]

Рис.

18.3.

Экспериментальные данные, полученные на установке «ОатЫе» с ППТ (а) обо-

стрение фронта импульса при короткозамкнутой нагрузке; (б) 1 - напряжение на согласо-

ванной нагрузке без ППТ, 2 - напряжение на нагрузке с использованием индуктивного на-

копителя

ППТ

348

Глава 18. Импульсные генераторы

плазменными прерывателями тока

(а)

(б)

00000©^

©©©©00

000000

©©©©о©

00000©

0©©0©©

Медь

Поверхность

диэлектрика

5 см

Рис. 18.4. Источники плазмы в плазменных прерывателях тока, а - коаксиальная плазменная

пушка; б - плазменный источник с разрядом по поверхности диэлектрика, в - схема распро-

странения плазмы от источника

сигналы с цилиндра Фарадея и электрического зонда на расстоянии / = 10 см от

поверхности пушки [7]. Видно, что пики этих сигналов совпадают по времени.

Нужные параметры плазмы подбираются током в пушке, регулировкой расстоя-

ния /, а также задержкой подачи преобразуемого импульса относительно пика па-

раметров, плазмы. На рисунке этот пик сдвинут относительно появления тока в

пушке на время

А*

= 1,6 мкс, концентрация плазмы составляет 1,5-10

см

-3

, а ско-

рость движения плазменной струи 6-10

см/с.

Си

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Аг [мкс]

Рис. 18.5. Исследование процессов в углеродном плазменном источнике. 1 - ток в плазмен-

ной пушке; 2 - сигнал с цилиндра Фарадея; 3 - сигнал с электрического зонда

18.2 Генераторы с микросекундными ППТ

349

§ 18.2 Генераторы с микросекундными ППТ

Укорочение импульса с 10"

до Ю

-8

с с использованием ППТ не привело к су-

щественному упрощению конструкции генераторов мощных наносекундных им-

пульсов, так как не устраняло сложной системы преобразования импульсов от ге-

нератора Маркса (ГМ) до нагрузки, включающей промежуточный коаксиальный

емкостный накопитель, проходные изоляторы, мощные быстродействующие ком-

мутаторы и т.д. Важно было, используя ППТ, непосредственно преобразовать мик-

росекундный импульс от ГМ в импульс с длительностью 10"

с, многократно уве-

личив его мощность. Эта идея была впервые реализована в ИСЭ [9]. Поэтому рас-

смотрим действие микросекундных ППТ на примере этих работ.

Первоначально эксперимент проводился на установке «Гамма» [9]. Это элек-

тронный ускоритель для получения мощных микросекундных электронных пучков,

в котором ГМ разряжается на диод с взрывной эмиссией электронов. Схема экспе-

риментальной установки показана на рис. 6, а. Первичным накопителем был ГМ с

емкостью 0,26 мкФ и индуктивностью 2,5 мкГн. Нагрузкой служил электронный

диод с графитовым катодом диаметром 140 мм и полым цилиндрическим анодом,

через который в промежуток между катодом и анодом инжектировалась плазма. Для

получения плазмы использовались восемь коаксиальных плазменных пушек, на ко-

торые разряжались конденсаторы с емкостью 3 мкФ и напряжением 20 кВ. Период

колебания разрядного тока составлял 20 мкс, а задержка пуска ГМ относительно

плазменных пушек могла регулироваться в пределах 0н-200 мкс. Типичные ток и на-

пряжение на диоде без плазменного размыкателя приведены на рис. 6, б, а при его

работе на рис. 6, в. Без плазмы мощность в диоде составляла 5-Ю

Вт, а при наличии

плазмы, которая появлялась за 18-^23 мкс до запуска ГМ, она составляла 3-Ю

Вт.

Таким образом, имело место шестикратное увеличение мощности в нагрузке. В на-

грузку передавалось 60% генерируемой энергии в течение 300 не. Напряжение на

нагрузке увеличивалось почти в два раза. Итак, было доказано, что ППТ можно ис-

пользовать в режиме микросекундных фронтов и импульсов. Назовем такие преры-

ватели МППТ.

/ I

| 1

I /

|\ "

- /

' Л

/ 1 1/ 1

со

0,5

1,0

( [мкс]

1,5 2,0

Рис. 18.6. Ускоритель электронов «Гамма» с МППТ. а - схематическое устройство ускорите-

ля (7 - генератор Маркса, 2 - диод, 3 - плазменные пушки); б - осциллограммы тока и на-

пряжения диода без заполнения плазмой; в - осциллограммы тока и напряжения при запол-

нении диода плазмой