ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
621.384.653
ПЛОСКИЙ КОРОНИРУЮЩИЙ ТРИОД
© 2014 г. О. Б. Дзагуров
НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Россия, 119992, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 2 E-mail: wg2@anna19.sinp.msu.ru Поступила в редакцию 12.11.2013 г. После доработки 04.02.2014 г.
Описана конструкция плоского коронирующего триода (п.к.т.), позволяющая стабилизировать напряжение электростатического генератора с промежуточными экранами. Крутизна характеристик п.к.т. и задающего коронирующего триода одинакова благодаря идентичности геометрии рабочей части. Передача тока задающего коронирующего триода на кондуктор составляет >99% без ухудшения частотных характеристик, что достигается выбором сопротивления утечки. Надежность работы п.к.т. проверена многолетней эксплуатацией. П.к.т. не требует ухода и может быть установлен как на сферической, так и на цилиндрической части промежуточного экрана электростатического генератора ускорителя.
DOI: 10.7868/S0032816214040156
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 5, с. 5-6
УДК
В электростатических генераторах (э.г.) с положительной полярностью для стабилизации напряжения на кондукторе обычно применяется коронирующий триод, который посылает на кондуктор управляющий ток короны, за счет чего и осуществляется стабилизация напряжения кондуктора. Для повышения напряжения э.г. посредством выравнивания электрического поля применяются промежуточные экраны (п.э.). Однако п.э. препятствуют прохождению тока короны от коронирующего триода к кондуктору. Ток коронного разряда идет от игл коронирующего триода к кондуктору слабо расходящимся пучком. Диаметр этого пучка характеризуется "отпечатком" иглы коронирующего триода на кондукторе, имеющим диаметр ~10 мм (отпечаток образуется осаждением пыли, получающей отрицательный заряд). Если в п.э. сделать отверстие, то ток короны будет проходить через него к кондуктору, но оно снизит электрическую прочность так, что сделает применение п.э. неэффективным.
Тем не менее, в работе [1] авторам удалось осуществить стабилизацию напряжения э.г. с п.э. ко-ронирующим триодом. В месте попадания тока короны на п.э. (рис. 1) было сделано отверстие, диаметр которого несколько превышал размер отпечатка игл коронирующего триода на п.э. С помощью фигурной прокладки из полупроводящей резины в отверстие закреплялся металлический диск. По краю диска со стороны, обращенной к кондуктору, было установлено несколько коротких игл. При попадании тока короны от коронирующего триода на диск его потенциал изменяется до тех пор, пока с коротких игл не возникает
ток короны, идущий к кондуктору, за счет чего и осуществлялась стабилизация напряжения кондуктора. Это устройство получило название плоский коронирующий триод (п.к.т.).
В э.г. с установленным п.к.т. были получены рекордно высокие напряжения на кондукторе. Однако дальнейшего развития использование п.к.т. не получило из-за сложности получения токо-проводящей резины с заданной и стабильной проводимостью. Кроме того, крутизна характери-
Рис. 1. Разрез верхней части электростатического генератора. 1 — котел; 2 — промежуточный экран; 3 — кондуктор; 4 — задающий коронирующий триод; 5 — ток короны задающего коронирующего триода; 6 — плоский коронирующий триод; 7 — ток короны плоского коронирующего триода.
6
ДЗАГУРОВ
Рис. 2. Конструкция плоского коронирующего триода. 1 — промежуточный экран; 2 — фланец; 3 — сетка; 4 — изолятор; 5 — диск-иглодержатель; 6 — резистор утечки; 7 — иглы.
стики п.к.т. составляла 2 мкА/кВ, а крутизна характеристики задающего триода — 15 мкА/кВ. Это приводило к тому, что э.г. мог работать только при малых токах пучка. При мощных электрических пробоях за счет электроакустического эффекта металлические диски выбивало из п.э.
В данной работе решение проблемы достигнуто за счет повторения геометрии рабочей части задающего коронирующего триода и использования резистора утечки между п.к.т. и п.э.
С середины 1995 г. на электростатическом ускорителе ЭГ-8 НИИЯФ МГУ успешно эксплуатируется конструкция п.к.т., приведенная на рис. 2. В отверстие п.э. 1 0135 мм с помощью фланца 2 крепится сетка 3 п.к.т., аналогичная сетке задающего коронирующего триода. Внутри сетки на изоляторе 4 установлен диск-иглодержатель 5, соединенный с сеткой резистором утечки 6. Ток задающего коронирующего триода, попадая на диск-иглодержатель, изменяет его потенциал относительно сетки, соединенной с п.э., что вызывает ток короны с игл плоского триода, равный
току задающего триода за вычетом тока через резистор утечки. Иглы на диске-иглодержателе крепятся таким образом, чтобы зазор между концами игл и внешней поверхностью сетки составлял около 0.6 мм.
Величину сопротивления R резистора утечки можно оценить из следующих соображений. Постоянная времени RC диска-иглодержателя не должна превышать постоянных времени кондуктора и промежуточного экрана, имеющих величину порядка 1 с. Положив величину емкости C диска-иглодержателя равной 10 пФ, получим значение R < 100 ГОм.
Чтобы не ухудшить быстродействие коронирующего триода, величина сопротивления R резистора утечки должна более чем на порядок превышать величину внутреннего сопротивления 1/S коронирующего триода, где S = 15 мкА/кВ — крутизна коронирующего триода [2], т.е. R > 0.7 ГОм.
Полагая, что по резистору утечки должно протекать не более 0.1 среднего тока коронирующего триода, обычно равного 10 мкА при среднем напряжении на сетке плоского триода 2 кВ, получим: R > 2 кВ/0.1 х 10 мкА = 2 ГОм.
В результате этих оценок получаем, что величина сопротивления R резистора утечки должна заключаться в пределах от 2 до 100 ГОм. В п.к.т., работающем на электростатическом ускорителе ЭГ-8 НИИЯФ МГУ, установлены параллельно два высоковольтных резистора типа КЛМ номиналом 100 ГОм.
Малая величина напряжения на иглах п.к.т. позволяет сделать малой (<1 мм) величину изолирующего промежутка между диском-иглодержателем и промежуточным экраном. Поэтому наличие плоского триода не сказывается на величине электрической прочности промежутка котел — промежуточный экран.
В описываемой конструкции толщина плоского триода равна 24 мм при радиусе закругления выступающей к кондуктору части 20 мм. Вообще, для уменьшения времени дрейфа ионов к кондуктору (пропорционального квадрату расстояния [3]) толщина плоского триода должна быть как можно большей, но не вызывающей снижения электрической прочности промежутка между кондуктором и экраном.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алмазов А.В., Опасин В.В., Мынцов Ф.Ф. // ПТЭ.
1975. № 3. С. 41.
2. Берец Д, Костка П. // ПТЭ. 1969. № 3. С. 24.
3. Якушев В.П. // ПТЭ. 1977. № 5. С. 48.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 5 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.