Генерирование мощных наносекундных импульсов на основе полупроводниковых прерывателей тока

• Автор: Рукин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 72 с.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОФИЗИКИ
На правах рукописи
РУКИН Сергей Николаевич
ГЕНЕРИРОВАНИЕ МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕРЫВАТЕЛЕЙ ТОКА
Специальность: 01.04.13 - Электрофизика
Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук
Екатеринбург
СОДЕРЖАНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ МОЩНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕРЫВАТЕЛЕЙ ТОКА
1.1. Наносекундный обрыв тока в полупроводниках
1.2. Обнаружение и экспериментальное исследование БОБ-эффекта
1.3. Динамика электронно-дырочной плазмы в полупроводниковой структуре в режиме БОБ-эффекта
2. ГЕНЕРАТОРЫ МАРКСА С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ПРЕРЫВАТЕЛЕМ ТОКА
2.1. Схемы накачки и выбор параметров прерывателя тока
2.2. Генераторы с промышленными полупроводниковыми диодами
3. ГЕНЕРАТОРЫ С ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ КОММУТАЦИИ
3.1. Блок-схема генераторов
3.2. Звено магнитной компрессии энергии и его согласование с прерывателем тока
3.3. Установки с твердотельной системой коммутации
3.4. Сравнительный анализ предложенного подхода
4. БОБ-ДИОДЫ: НОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ НАНОСЕКУНДНОГО ОБРЫВА ТОКА В МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМАХ
4.1. Разработка ЗОБ-диодов
4.2. Характеристики ЗОЭ-диодов
5. ИМПУЛЬСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НА ОСНОВЕ БОБ-ДИОДОВ
5.1. Малогабаритные частотные генераторы
5.2. Генератор с напряжением 1 МВ и средней мощностью 30 кВт
5.3. Генератор с субнаносекундным временем обрыва тока
в БОБ-диоде
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы
Мощная наносекундная импульсная техника, получившая становление в 60-е годы, традиционно имеет два основных направления своего развития. Первое направление состоит в поиске путей увеличения импульсной мощности и создании установок с максимально возможными величинами импульсного тока и напряжения. Установки этого направления представляют собой уникальные сооружения с рекордно высокими параметрами по импульсной мощности и используются в различных исследовательских программах по инерциальному термоядерному синтезу, получению мощных импульсов лазерного, рентгеновского, нейтронного излучения и т.д. Такие требования к импульсным устройствам, как высокая средняя мощность, частота следования импульсов, срок службы, компактность здесь не являются определяющими.
Второе направление, получившее наиболее интенсивное развитие в последнее десятилетие, связано с технологическим применением мощных наносекундных импульсов. В первую очередь это относится к решению экологических задач по очистке выбросов электрических и тепловых станций, обработке отходов медицины и вредных производств, очистке питьевой воды, стерилизации продукции, а также к созданию новых радиационных технологий. Основой наносекундной импульсной техники в обоих направлениях является генератор мощных импульсов тока и напряжения, энергия которых используется либо непосредственно, либо переводится в энергию соответствующих видов излучения. Для технологических применений наиболее важными характеристиками генераторов становятся высокая частота повторения импульсов и средняя мощность, компактность, надежность в сочетании с ресурсом непрерывной работы в несколько лет. Требуемый для этих целей уровень средней мощности лежит в диапазоне 10 - 1000 кВт при относительно невысоких значениях импульсной мощности 108 - Ю10 Вт, а ресурс установок, предназначенных для промышленного применения, составляет 1010 - 1011 импульсов, что может быть достигнуто разработкой новых систем коммутации энергии с использованием только твердотельных элементов.
Основным процессом в области мощной наносекундной импульсной техники выступает процесс коммутации энергии, и именно успехи в исследовании и разработке новых принципов сильноточной наносекундной коммутации определяют развитие всей области. В связи с этим разработка импульсных наносекундных устройств на основе новых принципов коммутации энергии, позволяющих расширить диапазон частоты следования импульсов

Рис. 20. Схема генератора с выходным напряжением 200 кВ.

Рис. 21. Внешний вид генератора на 200 кВ. Рис. 22. Напряжение
Внизу расположены элементы высоковольтного мо- на нагрузке 200 Ом.
дуля: прерыватель тока, магнитные ключи, трансформатор и конденсаторы накачки; вверху - элементы тиристорного зарядного устройства.