автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Волны ионизации и их использование для управления быстродействующими газоразрядными коммутаторами

РТБ ОД

государственный комитет российской федерации

по высшему образованию

рязанская государственная радиотехническая

академия

Ни правах рукописи

ЮДАЕВ ЮРИИ АЛЕКСЕЕВИЧ

ВОЛНЫ ИОНИЗАЦИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМИ ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ КОММУТАТОРАМИ

Специальность 0S.27.02 Вакуумная и плазменная электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань 1994

Работа выполнена в Рязанской государственной радиотехнической академии.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Малолетков Б. Д.

Официальные оппоненты - доотор технических наук,

профессор Свешников В. К. - кандидат технических наук.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

газоразрядных приборов (г. Рязань)

Д 063.92.02 в Рязанской государственной радиотехнической академии (390005, IРязань, ул. Гагарина, 69/1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанской государственной радиотехнической академии.

доцент Чижиков А. Е.

В ^

Залщ^а диссертации состоится " часов на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук

Федяев В. К.

Общая иарактерисдама работы

Актуальность про&шш. Дальнейшее развитие лазерной, ускорительной техники, радиолокационных систем связано с совер-. шевствованием газоразрядных коммутаторов. Применение импульсных систем большой мощности предполагает использование мощных управляемых газоразрядных приборов (ГРП). способных переходить в проводящее состояние за единицы наносекунд.

В настоящее время основным классом коммутаторов в высоковольтной и сильноточной электронике являются импульсные водородные тиратроны (ИВТ) и интенсивно развивающиеся псевдоискровые разрядники. Способность ГРП коммутировать значительные токи с нестабильностью включения, составляющей единицы наносекунды, восстанавливать работоспособность после недетерминированных пробоев, выдерживать до Ю11 переключений позволяет предположить, что в ближайшем будущем импульсные управляемые газоразрядные коммутаторы не будут заменены другими типами приборов, работающими на уже известных принципах.

Одним из основных направлений дальнейшего совершенствования газоразрядных коммутаторов являются уменьшение времени включения и увеличение скорости нарастания анодного тока. В рамках известных методов конструирования задача повышения быстродействия наталкивается на серьезные трудности и для ев решения необходимо выходить на новые рубеки знаний, более подробно исследовать физические процессы, протекающие в момент Формирования разряда.

Решение этой проблемы мояет быть основано на создании в коммутаторах условий, при которых формирование проводящего канала осуществляется под воздействием волны ионизации, характеризующейся объемным характером протекающих процессов, высокой скоростью и большой временной стабильностью формирования плазмы. Обязательным условием инициирования ионизационных волн является подача на электрод высоковольтного импульса с большой скоростью нарастания напряжения во фронте.

Сложность и разнообразие физических процессов, протекающих в момент коммутации электрического тока, затрудняют анализ полученных результатов и выбор перспективных направлений. Значительно ускорить процесс разработки новых приборов можно с помощью вычислительной техники. Применение соответствующего

программного обеспечения дает возможность моделировать процессы формирования плазмы без трудоемкого и материалоемкого макетирования и определить направления создания быстродействующих импульсных газоразрядных коммутаторов.

Цель работа заключается в тео[>етическом и экспериментальном исследовании свойств волн ионизации в области давления, характерном для управляемых импульсных ГРЛ, направленном на повышение ' быстродействия существующих приборов и создание новых конструкций быстродействующих коммутаторов.

Конкретизация поставленной цели определила круг вопросов, решаемых в работе:

- исследование закономерностей возникновений волн ионизации в газоразрядных промежутках в аависимости от давления и рода газа, вида катода, геометрии межэлектродного промежутка;

- исследование факторов, влияющих на динамические характеристики волн ионизации в диапазоне давления, характерном для управляемых газоразрядных коммутаторов;

- исследование возможности создания в импульсных водородных тиратронах условий для волнового пробоя;

- моделирование физических процессов в импульсных коммутаторах, происходящих при формировании плазмы под воздействием импульсного напряжения;

- создание быстродействующих газоразрядных коммутаторов, управляемых волной ионизации.

Научная новизна. Исследовано влияние типа катода, геометрии разрядного канала, тока подготовительного разряда на динамические характеристики волн ионизации.

Путем численного моделирования проведены расчеты потенциала и напряженности электрического поля во фронте и перед фронтом волны ионизации в экранированных и неэкранироваиных трубках.

Исследованы процессы, протекающие в момент перехода тиратрона в проводящее состояние при его управлении высоковольтными импульсами наносекундной длительности.

Разработана и реализована в виде программного обеспечения физико-математическая модель формирования разряда в двухэлект-родшх промежутках с накаленным катодом при воздействии шсо-

ковольтннх импульсов наносекундной длительности, учитывающая накопление зарядов и позволяющая определить временное изменения тока. напряжения, положения фронта ионизации, скорость его перемещения, концентрацию ионов, электронов, распределение потенциала во Бсех точках мекэлектродного пространства.

Разработана и реализована в виде программного обеспечения физико-математическая модель формирования разряда в трехэлект-родных управляемых газоразрядных коммутаторах с на) саленным катодом. учитывающая пространственное расположение электродов и электрические параметры управляющих импульсов.

Ярактачоская значимость работа заключается в следующем:

- предложен способ управления импульсными газоразрядными приборами низкого давления, основанный на использовании волны ионизации в качестве управляющего воздействия, обеспечивающий повышение быстродействия серийно выпускаемых тиратронов в З.б-4 раза при уменьшении времени перехода в проводящее состояние до 3,5 не и увеличении скорости нарастания анодного тока до 1.4-1011 А/с;

- предложено устройство с ненакаливаемым катодом для коммутации иыпульсоа тока, управляемое волной ионизации;

. - разработана методика моделирования процесса формирования плазмы в многоэлектродных коммутаторах с учетом геометрических особенностей, позволяющая оценить вклад различных факторов на временные характеристики развития разряда; .

- разработана методика моделирования квазистационярных электрических полей в сложных конструкциях с диэлектричесгаши элементами;

- найдено минимальное время включение для серийно-вылус-каемых ÜBT и указаны пути дальнейшего увеличения быстродействия .

Научккэ пововэния, вулсскчеэ на ващггу:

- при инициировании волн ионизации импульсами отрицательной полярности максимальная скорость распространения наблюдается в случае холодного катода, а максимальное обострение потенциала во Фронте волны ионизации и импульса тока, переноси-,чого волной ионизации, - при использовании накаленного катода;

- при управлении газоразрядными коммутаторами тиратронпо-

го типа высоковольтными импульсами наносекундкой длительности в межэлектродном пространстве возникает распределение потенциала, при котором происходит локальное образование плазмы в ка-ТОД1Ю-сеточной области без диффузии зарядов в анодную камеру, концентрация которой определяет время перехода прибора в проводящее состояние;

- скорость коммутации тока импульсными водородными тиратронами при управлении высоковольтными импульсами наносекундной длительности зависит от амплитуды и длительности переднего фронта управляющего импульса и не зависит от длительности импульса.

Достоверность ваучикх peayjavtioB к обоснованность научных положений подтверждается корректным использованием математического аппарата, большим объемом экспериментальных данных, статистической обработкой результатов измерений, соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием в экспериментах измерительной аппаратуры и приборов с высоким классе« точности измерений.

Апробация роботы. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе,, были обсуждены на конференциях профессорско-преподавательского состава Рязанского радиотехнического института и Рязанской государственной радиотехнической академии <1984 - 1994 гг.), на Московской городской конференции "САПР-85" (Москва, 1985 г.). Всесоюзной научно-технической конференции "Электронное приборостроение" (Новосибирск, 1988 г.). Всесоюзной научной конференции "Математическое, и машинное моделирование" (Воронеж. 1991 г.), VI республиканской конференции по физике газового разряда (Казань. 1992 г.). Международной научно-технической конференции "Актуальные проблема электронного приборостроения" (Новосибирск, 1092 г.), республиканской конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" (Саранск, 1993 г.), VII конференции по физике газового разряда (Самара, 1994 г.).

Реализация рззульгатоз р&бохи. Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы использовались: - при проектировании экспериментальных образцов быстро-

действующих коммутаторов;

- для увеличения скорости переключения имнульсных водо-родних тиратронов, работающих и схемах питания лаэерол на са-иоограниченных переходах;

- при разработке режима работы тиратрона ТГИ2-500/20, управляемого волной ионизации, позволяющего увеличить быстродействие дачного прибора и приборов подобного класса в 3.54 раза.

Результаты работы использовались при проведении ШОКР по темам,- "Эстетика". "Экспромт-3", "Эскорт" в НИИ Газоразрядных приборов (г. Рязань).

Еуйяиадкя. Основные материалы диссертационной работы отражены в 15 печатных работах, в том числе а 2 изобретениях и в 5 научно-технических отчетах.

Структура и обмш работа. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 122 наименований, изложенных ла 177 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 71 рисунок и приложения на 32 страницах.

Во гшэдеюга обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулирована цель и определено обцое направление исследований. Дано краткое содержание работы и научные положения, выносимые на защиту.

3 нерв»?» тглт отражены современное состояние и тенденции развития управляемых коммутаторов несамостоятельного разряда низкого давления. Приведены основные характеристики водородных тиратронов и псевдоискровых разрядников, выпускаемых ведущими яападчыми фирмами. Рассмотрены различные способы управления газоразрядными приборами и их влияние на динамические характеристики ГРЛ. Отмечается, что одним из направлений дальнейшего совершенствования газоразрядных ключей является увеличение быстродействия и скорости нарастания анодного тока (раздел '..Л),

В связи с тем, что проблема увеличения быстродействия непосредственно связана с физическими процессами, протекающими II момент формирования плаэмы, аиачителькое внимание уделялось

- б -

анализу этих процессов на основе физических и фиэико-математи-ческих моделей. Рассмотрены модели, предлагаемые различными авторами (раздел 1.2).

Время перехода в проводящее состояние импульсных управляемых ГРП в большинстве случаев зависит от интенсивности ионизации газа между тококоммутирующими электродами. В настоящее время максимальная скорость образования плазмы получена в экспериментах с волнами ионизации, которые характеризуются значительной скоростью распространения, большой концентрацией заряженных частиц, высокой временной стабильностью. Обзору практических и теоретических работ, связанных с волновым механизмом образования плаемы в газонаполненных системах, посвящен раздел 1.3.

Анализ научных публикаций позволил выбрать направления и последовательность проведения исследований.

Вторая глава посвящена исследованию динамических и энергетических характеристик волн ионизации в диапазоне давления 0.03 - 1,3 кПа в зависимости от различных видов катодов, геометрии разрядного промежутка, начальной концентрации заряженных частиц.

Изучение волнового пробоя газоразрядных промежутков проводилось в длинных двухэлектродных трубках. Удаление одного электрода от другого на расстояние, значительно превышающее диаметр разрядного канала, позволяло получить хорошее временно«; и пространственное разрешение данной системы, использовать обычную регистрирующую аппаратуру, делать оптические наблюдения.

На первом этапе исследований была решена задача создания экспериментальной установки и методики проведения исследований нестационарных газовых разрядов (раздел 2.1).

В разделе 2.2 определено влияние различных видов катодов на свойства волн ионизации. Экспериментально установленно',' что при использовании холодного катода волна ионизации распространяется с большей скоростью, хотя и имеет меньшее обострение потенциала во фронте, чем при накаленном катоде. Форма катода (площадь, длина и т.п.) не оказывала влияние на динамические характеристики ионизационные волн.

На основании экспериментальных данных и численных расчетов

определено значение напряженности электрического поля во Фронте волны ионизации. В частности, при инициировании разряда импульсами отрицательной полярности., амплитудой 10 кВ со скоростью нарастания 5-Ю11 В/с в неоне- максимальная напряженность достигала 1,1-10б В/м при использовании холодного катода и 0.9-106 В/м при накаленном. Было определено, что оптимальное давление, при котором распространение ионизационных волн сопровождается минимальном коэффициентом затухания, зависит от геометрических особенностей промежутка, типа катода. <|юрмы инициирующего импульса. При увеличении скорости нарастания напряжения во фронте импульса и (или) увеличении его амплитуды импульса значение оптимального давления смещается в сторону увеличения от точки минимального напряжения возникновения разряда в данной системе на постоянном токе.

В.разделе 2.3 рассмотрены вопросы, связанные с проховде-нием воля ионизации через диафрагмированные промежутки и эрозии на электродах.

Отмечается, что диафрагмирование промежутка не приводило к изменению временных и энергетических характеристик волн ионизации, когда площадь отверстий была соизмерима с площадью сечения разрядной трубки. При уменьшении суммарной плоадщи отверстий перфорация начинала выступать в качестве электрода, на котором происходит дополнительное обострение импульса тока, переносимого волной ионизации.

'Максимальное обострение выходного импульса было получено в экспериментах со сплошными разделительными электродами.

Прохождение ионизационных волн через газоразрядные промежутки сопровождалось эрозионными процессами, причем распыление электродов во время действия фронта инициирующего импульса носило равномерный характер (при максимальной плотности тока, подученного в экспериментах 10б А/м2). После перехода к участку постоянного напряжения, через 1-2 не на поверхности электродов наблюдались интенсивные микровзрывы.

Изучение прохождения волн ионизации по каналам с предварительной ионизацией (ре\здеА 2.4) показало, что использование подготовительного разряда позволяет улучшить согласование газоразрядной система с генератором высоковольтных импульсов, ЧТО цмает. ^рдкт^ес^ре з^а^ешде при Формировании волн иониза-1Щ в приборах £ мз^ично)! конфигурацией электродов.

Проведенные и описанные во второй главе исследования позволили сделать вывод о возможности применения волн ионизации в газоразрядных коммутаторах для увеличения их быстродействия.

В третьей глава рассмотрены вопросы формирования волн ионизации в импульсных газоразрядных коммутаторах.

В разделе 3.1 описаны экспериментальная установка и методика проведения исследований. В качестве экспериментальных образцов были выбраны наиболее распространенные промышленные металлокерамические водородные тиратроны: ТГИ1-270/12, ТГИ2-500/20, ТГИ1-500/16.

Визуальные наблюдения проводились на стеклянных макетах, повторяющих конструктивные особенности современных тиратронных коммутаторов.

Использование волнового способа управления импульсными * водородными тиратронами (раздел 3.2) позволило повысить быстродействие 'серийно выпускаемых приборов в 3,5 - 4 раза и уменьшить время включения до З.й не, что может быть объяснено следующим образом. При подаче высоковольтного управляющего импульса на сеточный электрод тиратрона происходит образование плазмы под воздействием волны ионизации. Распределение потенциала в приборе в разные моменты времени показано на рисунке.

После окончания управляю- и

щегс воздействия (момент времени Ьг) возникает распределение потенциала, при котором полоди-

Вьшедшие с поверхности электроны совершают в катод-но-сеточной области колебательные движения в окрестности

никновению электронов в анодную камеру. Снижение потенциала возможно по мере компенсации объемного положительного заряда за счет эмиссии электронов с катода и сетки тиратрона и перераспределения концентрации ионов в пространстве.

телышй заряд препятствует про- иа

Катод

Сетка Анод

1з>Ь2>Ч

электрического центра пространства о постепенной релаксацией энергии. При этом растет концентрация ионоз, появляющихся а результате ¡'ониеаши атомов газа за счет неупругих соударений. Взаимная скорость накопления отрицательных и положительных зарядов меняется в проигссе формирования плаомы в катодно-сеточной области.

На заключительном этапе ионы из области максимального потенциала. создаваемого объемным варядом, достигают сеточного электрода. Происходит пробой тиратрона. Поскольку в это время во всем рабочем промежутке прибора уже имеется достаточная концентрация ионов и электронов, то основными Факторами, ограничивающими скорость нарастания модного тока, являются: ограниченная эмиссионная способность катода и наличие паразитной индуктивности во внесшей цепи.

В разделе 3.3 приведены экспериментальные результаты влияния тока подготовительного разряда на динамические характеристики МВТ при управлении высоковольтными импульсами наносе-кундной длительности.

В разделе 3. 4 исследована возможность создания в псевдоискровых разрядниках тиратронного типа условий для волнового пробоя. Время включения приборов с холодным катодом, раОотио-дих на гктивную нагрузку, составило 5 не.

Чв'гзэртая глша посвящена вопросам моделирования процесса развития разряда в импульсных газоразрядных коммутаторах тиратронного типа.

3 разделе 4.1 рассмотрены процессы происходящие з катод-яо-сетсчной области водородного тиратрона с накаленным катодом. Проведены анализ и оценка элементарных процессов, протекающих при возникновении импульса ?ока. При моделировании учитывались :

- поверхностные процессы, сбуслов^гвшощие выход частиц с катода и их уход;

- объемные процессы, определяющие возникновение и накопление зарядов в промежутке;

- дькменне частиц в пространстве.

Изложенный физический механизм процесса формирования разряда е газоразрядных промежутках позволил разработать численную модель (раздел 4.2), основные допущения которой состояли в

следующем:

- токопрохачэдение на участке падения потенциала определялось условием нулевой напряженности поля у поверхности катода, вытекающей из решения уравнения Пуассона;

- эмиссионная способность катода не ограничена;

- распределение потенциала в межэлектродноа промежутке определялось напряжением на электродах и объемным зарядом компонентов плазмы;

- ионизация вторичными электронами учитывалась еа счет сведения их в единые моноэнергетические группы;

- импульс прикладываемого напрякения имел конечную скорость нарастания переднего фронта.

Моделирование процессов в двухэлектродных промежутках сводилось к согласованию условий внешнего и внутреннего, токо-проходдения и решению уравнения Пуассона:

¿2Щх) 1

-^-----(Р!(х)-Ра(х)), (1)

сЫ* е0

где р0(х), р((х) - пространственный заряд электронов и ионов. Причем отрицательный заряд создают электроны, вышедшие с катода и образовавшиеся в результате ионизации:

ре(к) - Ре1(х) + Ре2(х). (2)

Когда энергия электронов достаточна для ионизации, в некотором элементе объема Ха + йх начинают образовываться вторичные электроны, которые приходят в различные сечения хп с различными скоростями, а р0г(х) определяется суммированием всех пространственных зарядов элементарных объемов с учетом различных скоростей электронов. В конечном виде уравнение (1) принимает вид:

сГи(х) 1

с/х2 е0

;т)-С|1о(и)-р-<1х за)

/2—-01(50 - ЩхО) /2-—-и(х) V ггч у

- и -

3(t)-Qio(U)-p-dx

/2-—-(U(x) - U(xt)) / me

v

Xi

4

Решение полученного уравнения осуществлялось численными методами и путем сведения его к уравнениям, описывающим квазистационарные состояния.

Раздел 4.3 посвящен моделированию процесса возникновения разряда в трехэлектродшх промежутках с накаленным катодом и учетом геометрических особенностей приборов. Влияние конфигурации сеточного электрода на процесс формирования плазмы учитывалось при расчете анодного тока по формуле

doit) - 0,26-o-ne(t)-(8-k-Te(t)/ît'roe)1/2, W

в которой величина электронной температуры Т© находилась из соотношения .. -

Ta(t) - (l/6-®)1/2-(e-Ez(t)-Xe/k). 15)

Значение напряженности электрического поля Ez(t) в окрестности сеточных отверстий на iодном временном шаге моделировалось с помощью специальной программы.

Особенностям моделирования разряда в тиратроне при управлении высоковольтными импульсами ' наносекундной длительности посвящен раздел 4.4.

При моделировании учитывалось перераспределение зарядов в катодно-сетечной области после прекращения действия управляющего импульса. Это позволило рассчитать время задержки включения прибора и определить критерии, предъявляемые к управляющим импульсам, при которых происходит локальное накопление зарядов в катодно-сеточной области без их диффузии в анодную камеру, что является необходимым условием увеличения быстродействия включения коммутаторов.

- 12 -

В разделе 4.5 проведена проверю адекватвосви разработанной модели формирования разряда в тмратронных коммутаторах лрв различных способах управления реальный условиям физического эксперимента. Показано, что расчетные к экспериментальные ре-еультаты совпадают с точностью до 10 X.

В пятой гхав» проведен сравнительный анализ работы тиратронов в схемах с различный управлением (раздел 5.1). Показано, что применение в качестве управляющего воздействия волны ионизации . позволяет уменьшить стартовые потери за счет увеличения скорости включения тиратрона и одновременно разнести во времени формирование разряда на сетку и анод, что снижает тепловую нагрузку на электроды. В частности. ст&р:озые потери для тиратрона ТГМ1-270/12 при различных способах управления и частоте следования импульсоз 1000 Гц составили: при волновом запуске - 1.8 Вт, при управлении импульсами микросекундной длитель- • ПОСТЕ - 7,6 Вт. Для ТГИ1-500/16 - Г) и 21 Вт, ДЛЯ ТГИЗ-500/20 при использовании подготовительного радряда - 5,8 и 20 Вт соответственно.

В разделе 5.2 описаны конструкция и принцип работы созданного коммутирующего прибора.

Исследование развития разряда в длинных трубках с разделенными промежутками показало устойчивое проникновение ионизационных волн в изолированные объемы. Причем прохождение через разделительные перегородки сопровождалось дополнительны« обострением переднего фронта мулульса тока. Это позволило разработать конструкцию коммутатора, в котором удалось создать оптимальные условия для распространений волны ионизации, которая использовалась в качестве управляющего воздействия, и обеспечить необходимую високовольтность между токопроводящими электродами. Но своему назначению, -техническому исполнению и способу управления он близок к псеадоискровоыу разряднику. Прибор состоял из двух объемов, разделенных меиду собой молибденовой пластиной (вспомогательным электродом). Первый объем служил для формирования волны ионизация, во втором размещались электроды, коммутирующие электрический ток. Управляющий электрод находился в первом объеме.

При подаче ла управляют») электрод высоковольтного импульса положительной иди отрицательной полярности ь первом

объеме возникала волна ионизации, которая распространялась к вспомогательному электроду. После достижения вспомогательного электрода водка ионизации проникала во второй объем и. пройдя через отверстия в катоде, заполняла плазмой пространство мезду катодом и анодом, переводя прибор в проводящее состояние.

Созданный коммутатор по своим динамическим характеристикам близок к ИВТ с накаленным катодом и имеет ряд преимуществ, в частности вынесен ив рабочего объема управляющий электрод, что позволило уменьшить моаность, выделяющуюся на нем во время сильноточного разряда. Минимальное время включение коммутатора при работе на активную нагрузку составило 4 не.

В разделе 6.3 обсуждаются некоторые методологические аспекты связанные, с компьютерным моделированием физических процессов, происходящих в газоразрядных коммутирующих приборах в момент формирования проводящего канала.

3 оаклячвяка приведены основные результаты диссертационной работы.

1. Создана и реализована в виде пакета прикладных программ для компьютерного моделирования физико-математическая модель формирования разряда в двухэлектродном промежутке с накаленным катодом, учитывающая накопление пространственного заряда ионов, *что позволило получать устойчивое решение при изменяющемся временном шаге.

2. Создана и реализована в виде пакета прикладных программ для компьютерного моделирования физико-математическая модель формирования разряда в трехэлектродном промежутке, позволяющая проводить анализ влияния геометрических размеров прибора, конфигурации сеточного электрода, параметров управляющего импульса и других Факторов на динамические характеристики управляемых коммутаторов.

3. Разработано программное обеспечение для анализа квазистационарных электрических полей в сложных конструкциях с диэлектрическими элементами, позволяющее провести расчет распределения потенциала и напряженности электрического поля перед фронтом волны ионизации и учитывать конструктивные особенности трехэлектродных коммутаторов при моделировании' процессов Формирования плазмы.

4. Предложена структурная схема компьютерного моделирова-

ния, позволяющая уменьшить временные, .энергетические и материальные затраты при разработке новых типов коммутаторов. Система компьютерного моделирования не является эамгаутой и дает возможность работать в диалоговом режиме и оперативно вносить изменения в разработанные программы с целью адаптации алгоритма расчета к конкретным задачам проектирования коммутаторов.

5. Разработана методика и создана экспериментальная установка, позволяющие проводить исследования физических процессов формирования плазмы при значительном перенапряжении газоразрядных промежутков.

6. Определено влияние типа катода, тока подготовительного разряда и геометрии разрядного промежутка на свойства волн ио-ншащш. Показано, что максимальная скорость распространения волн ионизации наблюдается в приборах с холодны!-! катодом,, а максимальное обострение выходного импульса - в приборах с накаленным катодом.

7. Экспериментально показано, что диафрагмирование промежутка способствует дополнительному обострению выходного импульса тока, переносимого волной ионизации.

8. Установлено, что использование подготовительного разряда позволяет улучшить согласование газоразрядного промежутка с генератором высоковольтных наносекувдных импульсов и снизить нагрузку на катод.

6. Разработаны способ управления импульсными газоразрядными приборами низкого давления к быстродействующий коммутатор. позволяющий реализовать в одно« устройстве с разделенными объемами оптимальные условия для передачи управляющего воздействия, согласования генератора с прибором и коммутацию значительного тока.

10. Предложен способ управления импульсными газоразрядными приборами НИ31ЮГО давления, основанный на использовании волны ионизации в качестве управляющего воздействия, обеспечивающий повышение быстродействия серийно'выпускаемых тиратронов в 3,5 - 4 раза при уменьшении времени перехода в проводящее состояние до 3,5 не и увеличении скорости нарастания анодного тока до 1.4-1011 А/с. Предложенный способ показал высокую эффективность управления псевдоискровыми разрядниками, созданными на основе импульсных водородных тиратронов. Волновой способ управления позволяет разнести во времени рост сеточного и

анодного токов, что уменьшает стартовые потери и тепловые нагрузки на электроды.

В приложения приведены тексты программ с краткими комментариями моделирования процесса развития разряда в двух и трех-злектродных промежутках с накаленными катодами и программа моделирования электрических полей в сложных конструкциях с диэлектрическими элементами, акты внедрения результатов работы.

Осаозишэ материалы дассерггаот опубятованн в следующих работах.

1. Малолетков Б. Л.. №аев Ю. А. Разработка прикладных программ для моделирования процессов в газоразрядных приборах/Лез. докл. Московской городской конференции "САПР-85". Москва, 1985. С. 125.

2. Арефьев А. С, Малолетков Б. Л.. Юдаев Ю. А. Моделирование физических процессов в импульсных ГРЛ//Вакуумная и плазменная электроника. Рязань, 1986. С. 72 -73.

3. Арефьев А, С, Малолетков Б. Я.,'Верещагин Н. М., Юдаев ¡0. А. Формирование импульса тока в водородном тиратроне/Лезис. докл. Всесоюзной научно-технич, конференции "Электронное приборостроение". Новосибирск, 1088. С. 74.

4; Арефьев А. С., Малолетков Б',' Д.. Юдаев ю. А. Исследование временных характеристик развития разряда в длинных труб-ках/уаяоктронние приборы. Рязань, 1988. С. 63 - 65.

5. Малолетков В. Д.. Юдаев Ю. А. Применение моделирования тепловых процессов на начальном этапе разработки газоразрядных ггрйборов/УТез, докл. Всесоюзной иаучно-техиич. конференции ВТИ. Вороне», 1991. С. 124.

S. Арефьев А. С,, Малолетков Б. Л., Юдаев Ю, А. Управление газоразрядными приборами низкого давления высоковольтными имлульсаыи//Вакуумная и плазменная электроника. Рязань, 1991, С. 42 - 45.

7, Верещагин Н. М., Малолетков Б. Д., Юдаев И. А., Повышение эффективности высоковольтных сильноточных источников питания импульсных лазеров/РРТИ. Рязань, 1091 и д. Деп. в 1ЩИ "Электроника" N Р-6457.

8. Малолетков Б. Д., Юдаев Ю. А. Влияние параметров управляющих импульсов на динамические характеристики водородных

- 1в -

тиратронов//1'ез. докл. VI научн. конференции по физике газового разряда. Казань. 1992. С. 43 - 44.

9. Малолетков Б. Д.. Юдаев Ю. А. Формировке разряда в импульсных водородных тиратронах высоковольтными импульса-ми//Электрошше приборы. Рязань. 1992. С. 14 - 16.

10. Юдаев Ю. А. Методологические аспекты исследования нестационарных газовых раэрядов//алектронные приборы. Рязань, 1992. С. 16 - 2.0.

11. Малолетков В. Д.. Юдаев Ю. А. Исследование динамических характеристик импульсных водородных тиратронов, работающих в режиме коротких иыпульсов//Тее. докл. международной научно- технич. конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Новосибирск. 1992. - С. 62 - 53.

12. Арефьев.А. С., Малолетков Б. Л.. Юдаев Ю. А. Исследо-< ваяие волнового механизма .образования плаэыы//Тез. докл. научн. конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики". Саранск, 1993. С. 6.

13. Малолетков Б. И., Юдаев Ю. А. Управление МВТ высоковольтными импульсами//Те8. докл. научн. конференции "Проблемы к прикладные вопросы физики". Саранск, 1993. С. 28.

14. А. с. 1824655 СССР. ЫКИ3 HOI J 17/02-56. Способ управления импульсными газоразрядными приборами низкого давления/ Малолетков Б.Д., Юдаев Ю. А.

15. Арефьев А. С., Малолетков Б. Д., Кйаев Ю. А. Импульсный быстродействующий коммутатор с холодным катодом//Теэ. докл. VII научн.-конференции по физике газового разряда. Самара. 1994. С. 229.

низкого давления и устройство для его осуществления/ Малолетков В. Д., Юдаев Ю. А. (полокительное решение N 4925754 от 16.06. 92 Г.)

16. Способ управления импульсными газоразрядными приборами