Исследование схемы генератора с включением нагрузки до плазменного прерывателя тока

• Автор: Жерлицын, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 132 с.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. ТЕХНИКА ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ (литературный
обзор)

1.1 Радиационные генераторы с индуктивным накопителем

энергии и плазменным прерывателем тока

1.2 Исследования плазменного прерывателя тока с

микросекундным временем проводимости

1.3 Согласование плазменного прерывателя тока с нагрузкой

1.4 Выводы и постановка задач

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Установка ГИТ-Д

2.2 Источник плазмы
2.3 Система регистрации и методика исследований
3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОАКСИАЛЬНОГО ПЛАЗМЕННОГО ПРЕРЫВАТЕЛЯ ТОКА
3.1 Распространение плазмы вдоль оси прерывателя при радиальной инжекции
3.2 Исследование плазменного прерывателя при переключении тока в коаксиал с замкнутым и разомкнутым центральным проводником
3.3 Исследование плазменного прерывателя тока с разомкнутым центральным электродом

4. ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА В СХЕМАХ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
4.1 Схема с включением нагрузки до плазменного прерывателя
тока
4.2 Параллельное включение прерывателей
4.3 Увеличение выходной мощности генератора посредством последовательного включения прерывателей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Интерес к мощным импульсным генераторам обусловлен их применением в частности для создания источников мощного рентгеновского излучения [1]. Для увеличения мощности и энергии излучения требуется как повышение значений запасаемой энергии в генераторе, так и скорости ее вывода. Это делает проблематичным использование какого-либо одного типа накопителя в составе установки. Современные мощные импульсные генераторы обычно создаются путем комбинирования двух и более типов накопителей в целях получения высокой пространственно временной концентрации энергии в нагрузке. При этом во вторичном накопителе энергия запасается в импульсном режиме, благодаря чему достигается более высокая плотность энергии и соответственно большая скорость ее вывода [2].
При построении импульсных генераторов широкое применение получил емкостной накопитель, т.к. он допускает медленную зарядку в течение >102 с, а разряжается за время ~10‘6 с. Емкостной накопитель имеет плотность запасаемой энергии -0.1-Ю.З Дж/см В случае использования схем умножения напряжения, плотность энергии снижается еще в несколько раз. Более высокую плотность энергии ~10: Дж/см2 можно получить при использовании промежуточного индуктивного накопителя. В этом случае уровень мощности генератора зависит от решения задачи создания размыкателя тока для индуктивного накопителя. Основные требования к размыкателю: возможность проводить большой ток с наименьшими
потерями в замкнутом состоянии, высокая скорость нарастания сопротивления до необходимой величины и удержание высокого напряжения в разомкнутом состоянии. При работе в частотном режиме размыкатель должен восстанавливать исходное состояние. Создание эффективного размыкателя, способного работать при энергиях порядка мегаджоулей и
На рис. 3.3 для случая /.=500 мм, /3=106 мм и /?=5.5 Ом представлены осциллограммы тока 1С при отрицательных напряжениях смещения. Из осциллограмм видно, что со временем скорость нарастания тока в цепи коллектора увеличивается. Вероятно, что пологий участок в момент появления тока обусловлен, в основном, ионами плазмы, попадающими на коллектор. Величина тока слабо зависит от приложенного напряжения в диапазоне от 0.5 до 3 кВ и определяется концентрацией плазмы. Для этого участка воспользуемся выражением (3.1). Принимая скорость вхождения ионов в слой на фронте плазмы ~ 10 см/с, получаем оценку концентрации плазмы ~2-1011 см” для чисто водородной плазмы Н+ и ~10п для углеродной плазмы С+4. Поскольку из экспериментальных данных можно оценить лишь среднюю скорость движения фронта плазмы вдоль оси системы, а не скорость поступления ионов в слой перед коллектором, то использование выражения (3.1) может быть обосновано лишь в начальный момент появления тока в цепи коллектора, связывая скорость поступления ионов со скоростью движения передней границе плазмы. Также нельзя однозначно выделить момент времени, когда в измеряемом токе начинает доминировать электронная составляющая, обусловленная эмиссией с коллектора. В связи с эти целесообразнее оценивать концентрацию плазмы при положительных напряжениях смещения.
1=500 мм, Р=106 мм
100 А

-3 кВ
/< Л
-2 кВ
-1 кВ
150 нс
Рис. 3.3. Осциллограммы токов в цепи коллектора.