Роль предпробойных токов в механизме статического пробоя двухсекционного тиратрона с холодным катодом | Изв. вузов. Физика. 2019. № 7. DOI: 10.17223/00213411/62/7/162

Роль предпробойных токов в механизме статического пробоя двухсекционного тиратрона с холодным катодом

Приводятся данные по измерению предпробойных токов и напряжения статического пробоя в двухсекционном отпаянном тиратроне с холодным катодом TPI1-10k/50. Исследовалось поведение напряжения во времени на аноде прибора и на отдельных секциях в предпробойной стадии и в стадии пробоя. Показано, что наличие предпробойного тока в отдельных секциях приводит к перераспределению анодного напряжения по секциям. За счет этого эффекта удается достичь максимальных пробивных напряжений в тиратроне. Другим способом повышения пробивного напряжения является принудительное распределение напряжения по секциям с применением емкостного делителя. Обсуждаются особенности перехода предпробойного тока в ток пробоя для различных схем включения тиратрона.

Role of the prebreakdown currents in mechanism of the static breakdown for two-sectioned thyratron with cold cathode.pdf Введение В настоящее время значительный интерес проявляется к коммутирующим приборам на основе сильноточных импульсных газовых разрядов низкого давления с полым катодом [1-10]. Принцип работы и конструкция прибора в значительной степени сходны с принципом работы классического водородного тиратрона с накаленным катодом. Однако в рассматриваемых приборах накаленный катод отсутствует. Чтобы подчеркнуть это отличие, применительно к данным приборам используется термин псевдоискровой разрядник [1, 11-19] либо тиратрон с холодным катодом [1-4, 20, 21]. В ранних и современных работах представлены результаты исследований разряда и конструкцией разрядников с использованием разборных макетов с внешним напуском газа [9-13, 22]. Эти результаты явились основой для создания отпаянных приборов, в которых давление газа, как и в классических тиратронах, поддерживается с помощью встроенного в прибор генератора водорода [1-4, 14, 23, 24]. В настоящей работе исследуется один из вариантов отпаянных тиратронов с холодным катодом [3, 4, 23]. Область рабочих давлений газа в тиратроне соответствует левой ветви кривой Пашена. В таких условиях, в отличие от разрядов высокого давления [25-27], разряд не может инициироваться одиночными электронами. Поэтому для внешнего запуска прибора применяют специальные методы, суть которых в том, чтобы обеспечить поток электронов в высоковольтный промежуток тиратрона и тем самым создать условия для ионизации газа и развития сильноточного разряда [1-4, 15]. Точно так же при инициировании самопробоя в тиратроне необходимо, чтобы в высоковольтный промежуток поступал поток электронов. Этот поток обеспечивается за счет того, что при высоких напряжениях в межэлектродном промежутке начинает протекать предпробойный ток, который переходит в ток пробоя [20, 28, 29]. Одна из задач для любых высоковольтных коммутирующих приборов состоит в обеспечении условий, когда имеет место высокое статическое пробивное напряжение межэлектродного промежутка. Очевидный метод подавления предпробойного тока и повышения пробивного напряжения в тиратроне - это снижение рабочего давления газа. Однако при низких давлениях возникает проблема внешнего инициирования разряда с высокой стабильностью относительно импульса запуска. Между тем имеется ряд задач, для решения которых необходима наносекундная стабильность срабатывания тиратрона. В частности, речь идет о параллельной работе большого числа приборов в системах для получения высокого напряжения в схемах индукционных линейных ускорителей [30-32]. Настоящая работа направлена на выявление роли предпробойных токов в развитии пробоя и на получение рекомендаций по увеличению статического пробивного напряжения тиратрона. Результаты измерений пробивных напряжений и предпробойных токов Схематическое изображение конструкции тиратрона TPI1-10k/50 [2, 3, 23] и метода измерения пробивных напряжений и предпробойных токов показаны на рис. 1. Тиратрон представляет собой отпаянный прибор, давление газа в котором поддерживается с помощью генератора водорода. На нагреватель генератора подается напряжение VH = 5-7 В при токе около 2 А. Внешний диаметр керамического корпуса тиратрона составляет 95 мм. Рис. 1. Схематическое изображение тиратрона и электрической цепи для измерения напряжения статического пробоя и предпробойных токов. A - основной анод; G - градиентный электрод; C - основной катод; C1 - катод узла запуска; A1 - анод узла запуска; EC - эмиссионная таблетка; VH - напряжение питания генератора водорода; C0 = = 10 нФ; Rb = 7.5 МОм; R0 = 70 Ом Электродная система высоковольтного промежутка прибора является двухсекционной. Она состоит из плоского анода A и заземленного полого катода C c двумя перегородками внутри катодной полости. Для повышения пробивного напряжения промежуток разделен градиентным электродом G. Верхняя и нижняя секции прибора сообщаются между собой через отверстия в градиентном электроде. Диаметр отверстий, толщина градиентного электрода и межэлектродные расстояния в секциях составляют 3 мм. Данная система при низких давлениях газа может выдерживать без пробоя напряжение до 50 кВ. Узел внешнего запуска тиратрона расположен внутри катодной полости С. Он включает в себя электроды вспомогательного слаботочного тлеющего разряда C1 и A1. Принцип запуска прибора и соответствующие результаты описаны детально, например, в работах [1-3, 23]. В настоящей статье мы не рассматриваем проблемы запуска тиратрона. Как видно из схемы на рис. 1, при измерении пробивных напряжений и предпробойных токов электроды узла запуска соединены с основной катодной полостью и заземлены. Измерение предпробойного тока в цепи анода i0 производилось следующим образом. Мы медленно повышали напряжение источника питания V0 вплоть до напряжения статического пробоя в системе электродов A и C. Когда напряжение V0 приближалось к пробивному напряжению, в анодной цепи появлялся слабый предпробойный ток, регистрируемый микроамперметром, т.е. мы получали зависимость предпробойного тока от напряжения на аноде VA = V0. Обычный режим измерений был таким, что пробой, сопровождаемый возникновением импульсного сильноточного разряда в тиратроне, не происходил. В случае случайного пробоя ток сильноточного разряда протекал через диод, включенный параллельно микроамперметру. Этот ток ограничивался сопротивлением R0 = 70 Ом. Такая же методика применялась при измерении пробивных напряжений и предпробойных токов в отдельных секциях тиратрона. Для измерений в верхней секции мы соединяли электрод G с заземленным катодом C. Для измерений в нижней секции электроды A и G соединялись между собой. Результаты измерения пробивных напряжений основного промежутка тиратрона в зависимости от напряжения на генераторе водорода (т.е. фактически от давления газа) показаны на рис. 2. Поскольку напряжение источника питания V0 не превышало 45 кВ, то кривая для более высоких напряжений продолжена пунктиром. Как и во всех подобных приборах низкого давления, работающих в области левой ветви кривой Пашена [1, 23, 33, 34], пробивное напряжение растет при уменьшении давления и имеется разброс в величине пробивного напряжения. На рис. 3 показана зависимость предпробойного тока от напряжения на аноде. В качестве наиболее иллюстративного примера взят случай низкого давления, когда VH = 6 В. Рис. 2. Зависимость напряжения статического пробоя тиратрона Vbr от напряжения на генераторе водорода VH Рис. 3. Зависимость предпробойного тока в цепи анода i0 от напряжения на аноде VA для VH = = 6.0 В Хотя пробивное напряжение промежутка превышает 45 кВ, предпробойный ток регистрируется уже при анодном напряжении VA = 32 кВ. Рост анодного напряжения приводит к сильному росту предпробойного тока. Тем не менее при токе около 40 мкА пробой еще не развивается. Это характерно для низких напряжений на генераторе водорода. При увеличении VH значение предпробойного тока, который переходит в ток пробоя, снижается. В частности, для VH = 6.3 В пробой происходит при токе i0  10 мкА. Чтобы понять особенности возникновения пробоя в двухсекционном тиратроне, мы измеряли пробивные напряжения и предпробойные токи по отдельным секциям. Пример соответствующих результатов показан на рис. 4. Видно, что пробивное напряжение для нижней секции меньше, чем для верхней. Это связано с конструктивными особенностями электродной системы. Действительно, для верхней секции мы имеем межэлектродный промежуток с плоским анодом и полым катодом. Для нижней секции оба электрода являются полыми. Тогда характерное расстояние, на котором могут происходить ионизационные явления, возрастает, и пробивное напряжение снижается. Ясно, что предпробойный ток в нижней секции регистрируется при более низких напряжениях. Для ориентировки на рис. 4 для напряжения на генераторе водорода VH = 6.1 В горизонтальными стрелками указан уровень напряжений, при которых предпробойный ток достигает 10 мкА. Видно, что этот ток не приводит к пробою. Из общих соображений понятно, что для двухсекционного прибора процесс появления предпробойного тока в цепи анода связан с появлением предпробойного тока в отдельных секциях. Это значит, что распределение напряжения VA по секциям в значительной степени определяет уровень анодного напряжения, при котором регистрируется предпробойный ток. Далее будет показано, что наличие предпробойных токов в секциях влияет на распределение напряжения по секциям. Однако, когда VA  Vbr и предпробойные токи малы, напряжение на верхней секции V1 и на нижней секции V2 определяется в соответствии с емкостями верхнего C1 и нижнего C2 межэлектродного промежутка. В частности, для нижнего промежутка напряжение запишется как . (1) Еще одна особенность конструкции исследуемого прибора в том, что емкость верхней секции больше, чем емкость нижней (C1 = 40 пФ, C2 = 29 пФ). Тогда доля анодного напряжения, прикладываемая к нижней секции, оказывается больше, чем для верхней секции. С учетом ранее проведенного обсуждения можно сказать, что при повышении анодного напряжения предпробойный ток появляется вначале в нижней секции тиратрона. Рис. 4. Пробивное напряжение верхней секции тиратрона AG и нижней секции GC в зависимости от напряжения на генераторе водорода С целью удобства дальнейшего обсуждения и интерпретации результатов данные по пробивным напряжениям для верхней секции Vbr1 и для нижней секции Vbr2 перенесены в представленную ниже таблицу. Последняя строка таблицы показывает некоторое критическое анодное напряжение VAcr, при котором в соответствии с выражением (1) напряжение на нижней секции достигает пробивного Vbr2. Результаты измерений пробивных напряжений в отдельных секциях тиратрона и в приборе в целом VH, В 6.0 6.1 6.2 6.3 Vbr, кВ  45 42 24 17 Vbr1, кВ  45 32 20 14 Vbr2, кВ 20 10.5 9 6 VAcr, кВ 34 17.8 15.9 10.2 Один из подходов к интерпретации механизма статического пробоя в двухсекционном приборе состоит в следующем. Когда напряжение на нижней секции становится равным пробивному, то в этой секции происходит пробой. Энергия на развитие пробоя поставляется из межэлектродной емкости нижнего промежутка [26, 27, 33, 35]. Возникновение плазмы в нижней секции приводит к тому, что в верхнюю секцию через отверстия в электроде G извлекается поток электронов [1-4, 36], благодаря которому инициируется пробой в верхней секции. Это значит, что возникает пробой в приборе в целом. В рамках такой концепции оказывается затруднительным объяснить результаты, представленные в таблице. Например, для VH = 6.1 В пробивное напряжение Vbr2 = 10.5 кВ достигается при анодном напряжении VAcr = 17.8 кВ. Следовательно, статическое пробивного напряжение тиратрона в данном случае должно быть на уровне 18 кВ. Однако мы видим, что экспериментально измеренное значение составляет Vbr = 42 кВ. Эта величина соответствует максимально возможному напряжению пробоя в приборе Vbr = (Vbr1 + Vbr2). Как представляется, причина этого несоответствия состоит в том, что появление предпробойного тока в нижней секции приводит к перераспределению напряжения по секциям прибора. Действительно, пусть мы имеем ситуацию, когда напряжение на аноде близко к критическому и в нижней секции начинает протекать предпробойный ток. Как видно из рис. 4, при напряжении V1 = 9.5 кВ этот ток мог бы достигать i0 = 10 мкА. Тем не менее он еще не приводит к пробою. Применительно к электрической схеме наличие предпробойного тока означает, что параллельно емкости C2 подключается сопротивление разряда Rd = V1/i0 = 950 МОм. Тогда емкость C2 разряжается через сопротивление разряда с характерным временем Rb(C1 + C2) = 65 мс. Тогда снижение напряжения V1 приводит к тому, что предпробойный ток прекращается, т.е. сопротивление Rd становится равным бесконечности. При постоянном напряжении V0 в рассматриваемой схеме отсутствует электрическая цепь, по которой происходила бы зарядка емкости C2. Возникает ситуация, когда распределение напряжения по емкостям не подчиняется соотношению (1), хотя суммарное напряжение V0 =VA = V1 + V2. Как отмечено выше, напряжение на емкости C2 оказывается заведомо ниже, чем Vbr2, и в данных условиях пробой в тиратроне не может происходить. Чтобы происходил пробой, мы медленно увеличиваем напряжение на нижней секции за счет увеличения напряжения источника питания. Однако, как только напряжение на нижней секции приближается к Vbr2, описанный выше эффект перераспределения напряжения проявляется вновь, и мы не можем достичь на нижней секции напряжения V2 = Vbr2. Ситуация меняется, когда напряжение на верхней секции приближается к пробивному Vbr1. Здесь возможно протекание предпробойного тока как в нижней секции, так и в верхней, т.е. начинает регистрироваться предпробойный ток в цепи анода. Дальнейшее увеличение напряжения на аноде приводит к росту данного тока и достигаются условия пробоя в тиратроне. Пробивное напряжение тиратрона, как видно из соответствующего столбца таблицы, Vbr = Vbr1 + Vbr2. Таким образом, благодаря эффекту перераспределения напряжения по секциям, мы достигаем максимально возможного статического пробивного напряжения прибора. Исследование процесса развития пробоя во времени Для изучения процесса развития пробоя в тиратроне во времени мы проводили измерения напряжения на аноде и на градиентном электроде в предпробойной стадии и в стадии пробоя. Схема измерений представлена на рис. 5. Рис. 5. Схематическое изображение тиратрона и электрической цепи при измерении напряжения на отдельных электродах тиратрона. C0 = 10 нФ; Rb = 36 МОм; сопротивление нагрузки для сильноточного импульсного пробоя RL = 11 Ом Эксперименты производились следующим образом. Мы задавали некоторое напряжение источника питания V0, которое было выше статического пробивного напряжения и включали источник питания. Тогда происходит зарядка емкости C0 = 10 нФ с характерным временем RbC0 = 0.36 с. При достижении на аноде некоторого напряжения (фактически статического пробивного напряжения Vbr) в тиратроне происходил пробой, и емкость C0 разряжалась через нагрузочное сопротивление RL. Момент начала пробоя сопровождался резким спадом напряжения. Напряжение на аноде VA и градиентном электроде V2 относительно заземленного катода C регистрировалось осциллографом в сочетании с высоковольтным пробником. Напряжение на верхней секции V1 определяется как разность V2 = VA - V2. Таким образом, мы получали информацию о поведении напряжения на отдельных секциях прибора и на аноде. Сопротивление используемых в эксперименте пробников было R = 900 МОм. Оказалось, что несмотря на довольно большое сопротивление пробника, подключенного к нижней секции, оно влияет на процесс формирования предпробойных токов в приборе и на распределение напряжения по секциям. В связи с этим для определенности в интерпретации результатов мы осуществляли принудительное распределение напряжения по секциям с помощью омического делителя, включающего в себя сопротивления R1 и R2. Заметим, что принудительное распределение напряжения может использоваться также как способ выбора условий работы двухсекционного тиратрона, при которых статическое пробивное напряжение максимально. Иногда считается, что наилучшие условия в плане повышения пробивного напряжения достигаются в случае, когда напряжение VA делится по секциям пополам, т.е. R1 = R2. Этот режим демонстрируется осциллограммами на рис. 6. Здесь верхнее плечо омического делителя R1 = 900 МОм, а нижним плечом является сопротивление пробника. Рис. 6. Осциллограммы напряжения на аноде VA и напряжения на нижней секции V2 относительно заземленного электрода C. R1 = R2 = 900 МОм, VH = 6.3 В Как отмечалось выше, в данных экспериментах имеет место зарядка емкости C0 с заранее заданной постоянной времени. Когда напряжение на аноде достигает VA = 12.5 кВ, происходит пробой в тиратроне и резкий спад напряжения на электродах. В процессе зарядки напряжение на нижней секции V1 = VA/2. Представленные осциллограммы показывают развитие пробоя в тиратроне непосредственно перед началом пробоя и в процессе пробоя с применением малой развертки во времени. Видно, что напряжение V2 = 6.25 кВ равно Vbr2, но напряжение на верхней секции V1  Vbr1 = = 14 кВ. Казалось бы, в данном случае может иметь место рассмотренный ранее эффект перераспределения напряжения по секциям за счет наличия предпробойного тока в нижней секции. Например, если в нижней секции протекает ток i0 = 2 мкА, то параллельно сопротивлению R2 = = 900 МОм подключается сопротивление разряда Rd = 3 ГОм. Сопротивление нижней секции уменьшится и произойдет некоторое снижение напряжения на ней, а значит, и погасание предпробойного тока. Однако в отличие от предыдущего случая, при погасании тока вновь происходит зарядка емкости C2, поскольку имеется цепь зарядки от источника питания через сопротивление верхнего плеча делителя R1. В результате напряжение на нижней секции вновь становится практически равным пробивному. Как представляется, развитие пробоя в приборе происходит следующим образом. При протекании предпробойного тока в нижней секции часть электронов извлекается через отверстия в электроде G в верхнюю секцию. Тогда и в этой секции имеет место ионизационной размножение электронов и возникает ток, текущий через сопротивление R2 и поддерживаемый источником питания V0. Из осциллограмм видно, что переход от предпробойного тока к току пробоя происходит фактически одновременно в обоих секциях. Таким образом, при принудительном распределении потенциала с помощью омического делителя R1 = R2 мы получили ситуацию, когда пробивное напряжение в приборе равно удвоенному пробивному напряжению нижней секции. Эта величина оказалась существенно ниже, чем напряжение Vbr = 17 кВ, достигаемое при отсутствии омического делителя напряжения. На рис. 7 показаны соответствующие осциллограммы для условий, когда суммарное сопротивление нижнего плеча делителя с учетом сопротивления пробника было R2 = 150 МОм, а сопротивление верхнего плеча R1 = 900 МОм. В данном случае мы создали условия, чтобы напряжение на нижней секции было мало по сравнению с напряжение на верхней секции. Тогда предпробойные токи вначале возникают в верхней секции. Рис. 7. Осциллограммы напряжения на аноде VA, напряжения на нижней секции V2 и верхней секции V1 = (VA - V2) для разных разверток во времени. R1 = 900 МОм, R2 = 150 МОм, VH = 6.3 В Рассмотрим динамику поведения напряжения на верхнем и нижнем промежутке тиратрона в предпробойной стадии, т.е. до начала пробоя в момент времени t = 0.47 c, анализируя данные на рис. 7, а. В течение интервала времени вплоть до момента t1 распределение анодного напряжения VA по секциям полностью определяется сопротивлениями омического делителя R1 и R2 в соответствии с выражением . (2) В момент t1 напряжение на нижней секции V2 = 2.1 кВ заведомо ниже пробивного напряжения и в данном промежутке не должно быть предпробойных токов. Однако напряжение на верхней секции V1 = 12.6 кВ уже приближается к пробивному напряжению Vbr1 = 14 кВ, так что в верхней секции может протекать слабый предпробойный ток. Этот ток протекает под действием анодного напряжения через верхнюю секцию и сопротивление нижнего плеча делителя R2 = 150 МОм. Легко видеть, что этот ток пренебрежимо мал по сравнению с током, который протекает через делитель i = VA/(R1 + R2) = 14 мкА. В процессе дальнейшей зарядки емкости C0 предпробойный ток в верхней секции начинает играть заметную роль в распределении напряжения VA по секциям, поскольку в верхней секции к сопротивлению делителя R1 подключается параллельно некоторое сопротивление разряда Rd, создающего предпробойный ток. Тогда общее сопротивление верхнего плеча делителя R1tot запишется как . (3) Из осциллограмм видно, что напряжение на верхней секции стабилизируется примерно на уровне V1 = 12.8 кВ, а напряжение на нижней секции начинает возрастать. Это значит, что за счет предпробойного тока сопротивление верхнего плеча омического делителя уменьшается. Рассмотрим момент времени t = 0.45 с, т.е. непосредственно перед началом пробоя. Здесь имеем анодное напряжение VA = 16.6 кВ, напряжение на нижней секции V2 = 3.8 кВ и напряжение на верхней секции V1 = 12.8 кВ. Общее сопротивление верхнего плеча делителя уменьшается до R1tot = 505 МОм и ток через делитель i = VA/(R1tot + R2) = 25 мкА. Это значит, что предпробойный ток слаботочного разряда, протекающий через верхнюю секцию и через нижнее плечо делителя, id = 11 мкА. Можно было бы предполагать, что предпробойный ток, протекающий в верхней секции должен приводить к возникновению предпробойного тока в нижней секции и как следствие к пробою в двухсекционном промежутке. Однако мы видим, что в течение интервала времени t от 0.45 до 0.47 с пробоя не происходит. Дело в том, что электрод G имеет положительный потенциал относительно заземленного электрода C. Следовательно, электроны из верхней секции не могут проходить в нижний промежуток через отверстия в электроде G. В нижний промежуток могут извлекаться только ионы. В таких условиях предпробойный ток в нижнем промежутке и последующий пробой не инициируются [37-39]. Рассмотрим теперь осциллограммы на рис. 7, б. Они получены на малой развертке и иллюстрируют динамику явлений непосредственно перед пробоем и сам процесс пробоя. Характерной точкой на этих осциллограммах является момент t2. В этот момент напряжение на верхней секции начинает резко уменьшаться и к моменту t3 становится менее 1 кВ. Тогда мы можем говорить, что предпробойный ток в верхней секции перешел в ток пробоя. Энергия на развитие пробоя поставляется из межэлектродной емкости C1. Разрядка этой емкости в колебательном режиме отражается в виде осцилляций напряжения на осциллограммах VA(t) и V2(t). Снижение напряжения на верхней секции автоматически приводит к повышению напряжения на нижней секции вплоть до напряжения VA. Однако даже после пробоя верхней секции в момент t3 пробой в нижней секции не происходит мгновенно. Имеется некоторое время запаздывания пробоя (t4 - t3) = 0.4 мкс, в течение которого ионизационные явления развиваются в нижней секции. Спустя это время, в момент t4 имеет место резкий спад напряжения на аноде, т.е. пробой в тиратроне в целом. Здесь мы вновь сталкиваемся с ситуацией, когда разряд в верхней секции оказывает слабое вли¬яние на развитие разряда в нижней секции, хотя ток через верхнюю секцию достигает i = VA/R1 = = 100 мкА. Причина в том, что это влияние обусловлено не потоком электронов через отверстия в электроде G, а потоком ионов. Фактически предпробойный ток и ток пробоя в нижней секции развивается за счет повышения напряжения V2. Таким образом, принудительное распределение потенциала по секциям с помощью омического делителя не является перспективным методом повышения пробивного напряжения в тиратроне. Как видно из представленной выше таблицы, даже при полном отсутствии делителя могут реализоваться условия, когда пробивное напряжение максимально и достигает Vbr = Vbr1 + Vbr2 за счет эффекта перераспределения анодного напряжения по секциям при наличии предпробойного тока в нижней секции. Тем не менее в таком режиме возможны случайные пробои при пониженных напряжениях на аноде. Тогда принудительное распределение потенциала по секциям целесообразно проводить с помощью емкостного делителя напряжения так, чтобы в процессе зарядки емкости C0 пробивное напряжение на нижней и на верхней секции достигалось одновременно. С этой целью мы проводили подключение дополнительной емкости к нижней секции тиратрона и измеряли пробивное напряжение Vbr. Наилучшие результаты были достигнуты, когда суммарная емкость нижней секции была 100 пФ. Тогда для VH = 6.2 В было получено пробивное напряжение Vbr = 29 кВ, а для VH = 6.3 В пробивное напряжение Vbr = 22 кВ. Эти величины фактически являются максимально возможными статическим пробивными напряжениями исследуемого прибора в диапазоне повышенных давлений газа. Заключение Представлены результаты по измерению предпробойных токов и статических пробивных напряжений в двухсекционном отпаянном тиратроне с холодным катодом TPI1-10k/50. Измерения проведены как для прибора в целом, так и для отдельных секций. Развитие предпробойных явлений и пробоя во времени исследовалось путем осциллографии напряжения на аноде и на секциях прибора. Особенность конструкции тиратрона в том, что емкость верхней секции больше, чем емкость нижней секции, и пробивное напряжение верхней секции больше, чем пробивное напряжение нижней секции. Поэтому при повышении анодного напряжения предпробойный ток вначале появляется в нижней секции. Обнаружено, что предпробойный ток приводит к перераспределению анодного напряжения по секциям по сравнению с условиями, когда этот ток отсутствует и распределение напряжения определяется собственными емкостями секций. Суть эффекта перераспределения напряжения сводится к следующему. При появлении предпробойного тока емкость нижней секции разряжается и предпробойный ток гаснет. Тогда дальнейшее повышение напряжения приводит к тому, что напряжение на нижней секции стабилизируется вблизи напряжения пробоя, а напряжение на верхней секции возрастет. В таких условиях достигнуто максимально возможное статическое пробивное напряжения прибора в целом. При принудительном распределении напряжения по секциям с помощью омического делителя пробивное напряжение прибора обычно оказывается меньше, чем максимально возможное напряжение, достигаемое на основе эффекта перераспределения тока. Наилучшие результаты по повышению пробивного напряжения достигаются, когда распределение напряжения по емкостям верхней и нижней секции производится с помощью внешнего емкостного делителя.

Ключевые слова

prebreakdown current, breakdown voltage, cold cathode thyratron, pseudospark switch, предпробойный ток, пробивное напряжение, псевдоискровой разрядник, тиратрон с холодным катодом

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Франц Олег БорисовичИнститут сильноточной электроники СО РАНнауч. сотр.frants@lnp.hcei.tsc.ru
Аргунов Григорий АлександровичИнститут сильноточной электроники СО РАНаспирантargunov.grigory@yandex.ru
Болотов Александр ВладимировичИнститут сильноточной электроники СО РАНведущ. электроникbav@lnp.hcei.tsc.ru
Ландль Николай ВладимировичИнститут сильноточной электроники СО РАНк.ф.-м.н., науч. сотр.landl@lnp.hcei.tsc.ru
Гейман Владимир ГарьевичИнститут сильноточной электроники СО РАНнауч. сотр.geyman@lnp.hcei.tsc.ru
Королев Юрий ДмитриевичИнститут сильноточной электроники СО РАНд.ф.-м.н., профессор, гл. науч. сотр.korolev@lnp.hcei.tsc.ru
Всего: 6

Ссылки

Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., and Usov Y.P. // Surf. Coat. Tech. - 2007. - V. 201. - No. 15. - P. 6523-6525.
Frank K., Korolev Y.D., and Kuzmichev A.I. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 2002. - V. 30. - No. 1. - P. 357-362.
Kondrat’eva N.P., Koval N.N., Korolev Y.D., and Schanin P.M. // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1999. - V. 32. - No. 6. - P. 699-705.
Zhang J., Quan L., Gong J., et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 2019. - V. 47. - No. 1. - P. 832-836.
Акишев Ю.С., Апонин Г.И., Гришин М.Е. и др. // Физика плазмы. - 2007. - Т 33. - №. 7. - С. 642-660.
Акишев Ю.С, Балакирев А.А., Каральник В.Б. и др. // Изв. вузов. Физика. - 2017. - Т. 60. - №. 8. - С. 70-74.
Akimov A.V., Akimov V.E., Bak P.A., et al. // Instrum. Exp. Tech. - 2012. - V. 55. - No. 2. - P. 218-224.
Logachev P.V., Kuznetsov G.I., Korepanov A.A., et al. // Instrum. Exp. Tech. - 2013. - V. 56. - No. 6. - P. 672-679.
Zhang J. and Liu X. // Phys. Plasmas. - 2018. - V. 25. - No. 1. - P. 013533.
Akimov A.V., Logachev P.V., Bochkov V.D., et al. // IEEE Trans. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. - 2010. - V. 17. - No. 3. - P. 716-720.
Zhang J., Li X., Liu Y., et al. // Phys. Plasmas. - 2016. - V. 23. - No. 12. - P. 123525.
Korolev Y.D., Frants O.B., Landl N.V., et al. // Phys. Plasmas. - 2017. - V. 24. - No. 10. - P. 0103526.
Korolev Y.D. // Rus. J. Gen. Chem. - 2015. - V. 85. - No. 5. - P. 1311-1325.
Korolev Y.D., Frants O.B., Landl N.V., and Suslov A.I. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 2012. - V. 40. - No. 11. - P. 2837-2842.
Bochkov V.D., Kolesnikov A.V., Korolev Y.D., et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1995. - V. 23. - No. 3. - P. 341-346.
Ландль Н.В., Королев Ю.Д., Гейман В.Г., Франц О.Б. // Изв. вузов. Физика. - 2017. - Т. 60. - № 8. - С. 13-20.
Zhang J., Liu X.T., and Zhang Q.G. // Phys. Plasmas. - 2017. - V. 24. - No. 5. - P. 053515.
Bochkov V.D., Dyagilev V.M., Ushich V.G., et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 2001. - V. 29. - No. 5. - P. 802-808.
Lamba R.P., Pal U.N., Meena B.L., and Prakash R. // Plasma Sources Sci. Technol. - 2018. - V. 27. - No. 3. - P. 035003.
Ландль Н.В., Королев Ю.Д., Гейман В.Г. и др. // Изв. вузов. Физика. - 2017. - Т. 60. - № 8. - С. 5-12.
Bergmann K., Vieker J., and Wezyk A. // J. Appl. Phys. - 2016. - V. 120. - No. 14. - P. 143302.
Lin M., Liao H., Liu M., et al. // J. Instrum. - 2018. - V. 13. - P. 04004.
Kozyrev A.V., Korolev Y.D., Rabotkin V.G., and Shemyakin I.A. // J. Appl. Phys. - 1993. - V. 74. - No. 9. - P. 5366-5371.
Frank K., Dewald E., Bickes C., et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1999. - V. 27. - No. 4. - P. 1008-1020.
Lamba R.P., Pathania V., Meena B.L., et al. // Rev. Sci. Instrum. - 2015. - V. 86. - No. 10. - P. 103508.
Frank R., Boggasch E., Christiansen J., et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1988. - V. 16. - No. 2 - P. 317-323.
Mehr T., Arentz H., Bickel P., et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1995. - V. 23. - No. 8. - P. 324-329.
Bickel P., Christiansen J., Frank K., et al. // IEEE Trans. Electron Devices. - 1991. - V. 38. - No. 4. - P. 712-716.
Frank K. and Christiansen J. // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1989. - V. 17. - No. 5. - P. 748-753.
Zhang J. and Liu X. // Phys. Plasmas. - 2018. - V. 25. - No. 1. - P. 013533.
Zhang J. and Liu X. // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. - 2017. - V. 24. - No. 4. - P. 2050-2055.
Cao X.T., Hu J., Zhang R.X., et al. // AIP Advances. - 2017. - V. 7. - No. 11. - P. 115005.
Kumar N., Pal D.K., Jadon A.S., et al. // Rev. Sci. Instrum. - 2016. - V. 87. - No. 3. - P. 033503.
Voitenko N.V., Yudin A.S., Kuznetsova N.S., et al. // J. Phys.: Conf. Ser. - 2015. - V. 652. - P. 012059.
Yan J.Q., Shen S.K., Wang Y.A., et al. // Rev. Sci. Instrum. - 2018. - V. 89. - No. 6. - P. 065102.
Королев Ю.Д., Ландль Н.В., Гейман В.Г. и др. // Физика плазмы. - 2018. - Т. 44. - № 1. - С. 112-120.
Королев Ю.Д., Ландль Н.В., Гейман В.Г. и др. // Физика плазмы. - 2016. - Т. 42. - № 8. - С. 775-784.
Korolev Y.D., Landl N.V., Geyman V.G., et al. // Phys. Plasmas. - 2018. - V. 25. - No. 11. - P. 113510.
Korolev Y.D. and Koval N.N. // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2018. - V. 51. - No. 32 - P. 323001.
 Роль предпробойных токов в механизме статического пробоя двухсекционного тиратрона с холодным катодом | Изв. вузов. Физика. 2019. № 7. DOI: 10.17223/00213411/62/7/162

Роль предпробойных токов в механизме статического пробоя двухсекционного тиратрона с холодным катодом | Изв. вузов. Физика. 2019. № 7. DOI: 10.17223/00213411/62/7/162