книги из ГПНТБ / Фогельсон, Т. Б. Импульсные водородные тиратроны

процессы адсорбции и десорбции водорода. Это явление особенно ощутимо в тиратронах металлокерамической конструкции, где рабочий объем уменьшен в 1 0 — 2 0 раз по сравнению с приборами в стеклянной оболочке той же мощности. При одном и том же газоотделении пар­ циальное давление остаточных газов в этих приборах соответственно возрастает.

Для поглощения остаточных газов в тиратронах большой мощности молено использовать геттерные на­ сосы, представляющие собой титан, нагретый до темпе­

носит эндотермический характер, т. е. поглощение этих газов растет с ростом температуры, тогда как поглоще­

висимость изменения скорости поглощения пористым ти­ таном воздуха и С02 при температуре титана от 400 до

давлений 26,6—80 Н/м2 (0,2—0,6 мм рт. ст.). При рабо­

140

пературе, равной 800° С, она не превышает 2—3 см3/г. Из этого можно сделать заключение, что титановый геттернын насос при помещении в тиратрон поглощает ос­ новную часть остаточных газов, выделяющихся в ти-

С,см3Ji

Рнс. VIII.10. Содержание водорода в гитане при различной темпера­ туре титана:

ратроне в процессе работы и практически не сорбирует водород (небольшое количество водорода, которое он поглощает, может быть учтено при насыщении генера­ тора водорода).

Г лав а IX. КОНСТРУКЦИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ТИРАТРОНОВ

IX.1. ТИРАТРОНЫ В СТЕКЛЯННОЙ, МЕТАЛЛОСТЕКЛЯННОЙ И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ

Широкий диапазон импульсных мощностей, комму­ тируемых тиратронами (от нескольких киловатт до со­ тен мегаватт), длительностей импульса (от долей ми­ кросекунды до сотен микросекунд) и частот посылок (от сотен импульсов в секунду до десятков тысяч) при­ водит к большому разнообразию в конструкциях тират­ ронов.

Выбор конкретных решений отдельных элементов конструкции: анодной камеры, сеточной системы, катода и генератора водорода, а также внешней оболочки при­ бора определяется мощностью и спецификой условий применения тиратрона.

141

жигания самостоятельного разряда. Оптимальное рас­ стояние между анодом, н сеткой в тиратронах на рабо­ чие напряжения до 16 кВ равно 2 мм. Такое расстояние должно выдерживаться и в той части промежутка, где проходит разрядный ток, и в той части между анодом, боковым цилиндром и верхним экраном, которые лишь ограничивают камеру.

В тиратронах, рассчитанных на высокие напряжения, порядка 25—50 кВ, расстояние между токоприемной по­ верхностью анода и сеткой следует увеличивать до 3— 3,5 мм для снижения напряженности электрического по­ ля, при большой величине которого возможен автоэлектронный пробой промежутка. Это относится также к металлокерампческнм тиратронам, анод и сетка которых выполняются в виде чаш, обращенных друг к другу пло­ ским дном, а разрядный промежуток ограничивается изолятором (рис. II.9). Зазор между электродом и ди­ электрической стенкой надо выдерживать вдоль всей длины изолятора не более 1 мм, чтобы предотвратить за­ жигание разряда «по длинному пути». Длина изолятора должна быть выбрана такой, чтобы не возникало пере­ крытия его по наружной поверхности.

мощности на аноде. В тиратронах малой и средней мощ­ ности, как правило, достаточно передачи тепла от анода к стеклянной колбе излучением и теплопроводностью водорода. Отвод тепла облегчается, если боковой ци­ линдр сделать не сплошным, а из мелкоячеистого метал­ лического полотна.

По мере повышения мощности тиратрона и, соответ­ ственно, роста потерь энергии на аноде, следует увели­ чивать поверхность анода, рассеивающую тепло. Это достигается изменением конфигурации анода. Он делает­ ся в виде чаши (рис. IX.5, а) или коробки (рис. IX.5, б) с большой боковой поверхностью. В мощных тиратронах значительная доля тепла отводится от анода через ввод специальной конструкции. На рис. IX.5, б показан, на­ пример, ввод с медным стержнем, один конец которого соединен с анодом, а на другом наружном имеется ра­ диатор, охлаждаемый воздушной струей. Такой ввод поз­ воляет отвести от анода мощность порядка 50—100 Вт. На рис. IX.2 показан тиратрон, анодный ввод и анод которого охлаждаются водой.

В металлокерамических тиратронах малой и средней

146

мощности охлаждение анода, являющегося частью обо­ лочки прибора, можно осуществлять естественной кон­ векцией либо обдувом анода сжатым воздухом. В мощ­ ных металлокерамических тиратронах токоприемная по­ верхность анода охлаждается водой.

Большинство деталей анодной камеры маломощных импульсных тиратронов изготавливается из никеля, об­ ладающего достаточной жесткостью, необходимой для

сохранения формы деталей при различных механических

итепловых нагрузках. Благодаря этому все расстояния

ванодной камере выдерживаются с большой точностью, необходимой в высоковольтном приборе.

Внекоторых типах тиратронов анод делается из мо­ либдена, который меньше, чем никель, подвержен рас­ пылению при ионной бомбардировке. В мощных, а так­ же во всех металлокерамических тиратронах, анод и сетка изготавливаются из бескислородной меди. Главное

преимущество меди перед никелем в ее более высокой теплопроводности. Поскольку медь весьма мягкий и пла­ стичный материал, медные детали должны быть массив­ нее, чем никелевые, чтобы избежать деформации. В ря­ де приборов поверхность медных деталей плакируется молибденом, что повышает электрическую прочность ка­ меры, уменьшает эрозию электродов и делает конструк­ цию более жесткой.

В качестве междуэлектродных изоляторов в импуль­ сных тиратронах можно использовать или боросиликат­ ное стекло (в стеклянных и металлостеклянных прибо­ рах), или алюмооксидную керамику (в металлокерами­ ческих приборах).

IX.3. СЕТКА

Сетка импульсного тиратрона должна гарантировать его надежное запирание в отсутствие поджигающего им­ пульса и минимальную импульсную мощность, достаточ­ ную для отпирания тиратрона. Тепловые потерн в сетке при работе тиратрона в импульсном режиме не должны приводит,} к росту ее температуры свыше 350—400° С, так как при этой температуре увеличение тока термо­ эмиссии может вызвать паразитное отпирание тиратро­ на. Конструкция сетки должна способствовать быстрой рекомбинации положительных ионов па ее поверхности в период распада плазмы после прохождения импульса тока для ускорения восстановления электрической проч­ ности. Этим условиям удовлетворяет конструкция сетки (рис. IX.6, а и б), в которой перед анодом имеется диск с отверстиями 3. Экранирующий диск 4 перекрывает до­ ступ анодного поля в катодную область. Экран "2, окру­ жающий анод, ограничивает анодную камеру (этот электрод в металлокерамических конструкциях иногда отсутствует).

Отверстия сетки могут иметь различную форму: квадратные ячейки металлического полотна, щели раз­ личной конфигурации, круглые отверстия. Наиболее рас­ пространена сетка с круглыми отверстиями. Оптималь­ ный диаметр отверстий сетки составляет 4 мм для тира­ тронов как на сотни киловатт, так и на десятки мегаватт импульсной мощности. Уменьшение диаметра отверстий

148

электрической прочности. В некоторых типах высокоча­ стотных тиратронов диаметр отверстий уменьшается до 2—2,5 мм [4]. Число отверстий следует выбирать воз­ можно большим, а расстояние между ними сокращать для повышения равномерности распределения тока по отверстиям (см. гл. V). Предел сокращению расстояния

ставится перегревом перемычек между отверстиями, так как на границах отверстий выделяется значительная мощность при прохождении импульсов тока, а отвод мощности осуществляется лишь боковой поверхностью сетки.

Для уменьшения тепловых потерь может быть ис­ пользована «объемная сетка» [104], состоящая из двух раздвинутых дисков, один из которых имеет кольцевые коаксиальные щели, а другой — щели, направленные вдоль радиуса (рис. IX.7). В такой сетке разряд свобод­ но распространяется вдоль всей поверхности. Проницае­ мость объемной сетки для электрического поля анода практически та же, что и проницаемость сетки с отвер­ стиями, имеющими диаметр, близкий к ширине щели.

По расположению разрядного столба относительно оси тиратрона существуют два различных типа конст­ рукции. Зто тиратроны с так называемым «централь­ ным поджигом» и с «боковым поджигом».

В тиратронах с центральным поджигом плазма раз­ ряда проходит от катода по оси тиратрона и через от­ верстие в центре экранирующего диска сетки направля­ ется к аноду (рис. IX.6, б). В тиратронах с боковым под­ жигом (рис. IX.6, а) разрядный столб с помощью тепло-

149