[發明專利]一種環形軸對稱紫外預電離觸發結構

有效

• 申請號: 202210759720.0
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115249950B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 孫鳳舉;姜曉峰;王志國;降宏瑜;樓成;邱愛慈
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H01T2/00
• 分類號: H01T2/00;H01T1/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明涉及脈沖功率源的氣體開關，具體涉及一種用于脈沖功率源的氣體開關的環形軸對稱紫外預電離觸發結構，用于解決現有氣體開關紫外預電離觸發結構無法在降低相同工作系數下氣體開關時延與抖動的同時，保證多個結構參數一致性的不足之處。該環形軸對稱紫外預電離觸發結構包括環形電極、三個絕緣支柱、第一圓錐臺電極、第二圓錐臺電極和三個扇形環絕緣板，其中第一圓錐臺電極頂面邊緣、第二圓錐臺電極底面邊緣與環形電極內壁之間形成的兩個環形間隙構成紫外預電離間隙結構。

技術領域

本發明涉及脈沖功率源的氣體開關，具體涉及一種用于脈沖功率源的氣體開關的環形軸對稱紫外預電離觸發結構。

背景技術

氣體開關具有耐壓高、通流強、結構簡單等特點，在快脈沖直線變壓器驅動源(FLTD)、傳輸電壓疊加器(TVA)等脈沖功率源中具有廣泛應用。用于Z箍縮慣性約束聚變、高能密度物理等領域的大型FLTD/TVA型脈沖驅動源，氣體開關的數量多達數萬至十數萬只，對氣體開關的性能提出了極高的要求。目前大規模氣體開關在低自放電概率下實現觸發閉合一致性，成為制約直接驅動型超高功率Z箍縮驅動源發展的瓶頸之一。

國內外正在發展的下一代Z箍縮驅動源(FLTD/TVA)廣泛采用一種多間隙串聯直流氣體開關，多個氣體間隙串聯有利于在較低的電場不均勻系數和較小的開關尺寸下獲得較高工作電壓。俄羅斯強流電子學所Kim等人提出一種利用中間環形電極安裝針電極的電暈均壓多間隙串聯直流氣體開關，充電時針板電暈放電產生的帶電粒子實現開關均壓，電暈產生的初始電子也有利于開關的觸發。開關工作電壓200kV，充氣0.38MPa，用前行波幅值為100kV、前沿50ns負極性脈沖通過500Ω隔離電阻觸發時，開關觸發放電延時56ns，抖動小于1.5ns，目前存在的問題是電暈針的結構與參數難以保持多個的一致性，進而影響氣體開關工作性能的一致性。國內西北核技術研究所、中國工程物理研究院等單位均開展了多間隙串聯直流氣體開關研究，西北核技術研究所孫鐵平等人在堆棧式多間隙氣體開關中引入針板紫外預電離措施，開關觸發抖動減小約20％，氣體開關觸發電壓閾值降低了約10kV；西北核技術研究所的降宏瑜等人提出一種多間隙直流氣體開關并聯電阻電容網絡降低開關觸發閾值的方法，并進一步提出了將多間隙直流氣體開關并聯電阻電容網絡與針板紫外預電離結合降低觸發閾值，提高觸發特性的方法。通過引入電容電阻網絡改變各間隙等效參數分布，使氣體開關在直流充電耐壓過程中各間隙電壓分布受電阻網絡控制，而在觸發過程中間隙電壓分配受電容網絡的控制。實驗結果表明氣體開關工作電壓±80kV，工作系數60％，將觸發電壓幅值由110kV降至75kV，抖動由3.2ns降至1.4ns。但是該開關電容電阻網絡為多個分立元件并聯在開關間隙，使開關加工、裝配過程復雜，容易發生沿面絕緣擊穿。

目前用于多間隙串聯氣體開關的紫外預電離結構均為尖-尖或尖-板間隙，這種結構可以有效降低相同工作系數下氣體開關的時延與抖動，但是由于尖-尖或尖-板間隙難以保證多個結構參數的一致性，導致大批量氣體開關觸發性能不一致。

發明內容

本發明的目的是解決現有氣體開關紫外預電離觸發結構無法在降低相同工作系數下氣體開關時延與抖動的同時，保證多個結構參數一致性的不足之處，而提供一種環形軸對稱紫外預電離觸發結構。

為了解決上述現有技術所存在的不足之處，本發明提供了如下技術解決方案：

一種環形軸對稱紫外預電離觸發結構，其特殊之處在于：包括環形電極、設置在環形電極外壁的三個絕緣支柱，以及設置在環形電極內孔的第一圓錐臺電極、第二圓錐臺電極、三個扇形環絕緣板；

所述環形電極內壁設置有環形凹槽，環形電極外壁設置有三個圓周均布的扇形環絕緣板；所述三個扇形環絕緣板圓周均布于環形電極內孔，三個扇形環絕緣板的外環面位于環形凹槽內；所述三個絕緣支柱一端位于徑向凹槽內，另一端設置在氣體開關的絕緣外殼內壁上；