Искровые газонаполненные разрядники. Основные закономерности пробоя искровых промежутков, страница 3

Отсюда следует вывод, что для коммутации токов в сотни кА за время 10 – 20 нс необходимо использовать параллельно работающие разрядники.

Кроме того при больших токах характерное время коммутации t_K определяется не только активным сопротивлением искрового канала, но и его индуктивностью:

t_K = t_R + t_L, где t_L ~ 2L/R, где L – индуктивность канала разряда, R – общий импеданс генератора.

Индуктивность канала разряда для случая проводника длиной d, радиусом r, присоединённого к диску радиусом b, равна:

L = 2d×ln(b/r)

[нГн] [см]

Практически b >> r и величина L слабо зависит от r. В наносекундном диапазоне времени логарифмический член ~ 7 и L ≈ 14d [нГн] (1 см → 14 нГн).

При d ≈ 3 см, L ≈ 40 нГн, что при R = 8 Ом дает t_L = 10 нс, которую необходимо учитывать.

Выводы:

1.  Для снижения t_K необходимо:

- высокое давление газа P,

- сокращение длины промежутка d,

- повышение импульсной напряженности Е.

2. При больших токах для быстрой коммутации необходимо использовать многоканальную коммутацию.

Дополнительная информация

1.3. Лавинный механизм пробоя газов

Путь к познанию природы и закономерностей пробоя шел не только через исследования молнии и лабораторных искр в воздухе. Другая дорога (первоначально более обоснованная логически) вела от изучения разряда в газах низкого давления. В начале века, когда начались систематические эксперименты, обращение к разреженному газу было вполне естественным — такие опыты не требовали больших напряжений, и их можно было проводить в лабораторных условиях. Сами газоразрядные процессы здесь оказались проще, чем в искровом разряде, и много доступнее как для наблюдения, так и для теоретического описания. Все первые главные успехи в физике разряда связаны с газами низкого давления. Результатом их исследования явилась лавинная теория пробоя, созданная в начале века Таунсендом [1.5 — 1.7]. Суть таунсендовского механизма разряда заключается в следующем.

Пусть в плоском промежутке длиной d с однородным полем вследствие каких-то внешних причин появляется электрон. На самом деле это может быть несколько и даже много электронов, рождаемых в газе или вырываемых с катода под действием космических лучей, радиоактивности, ультрафиолетового излучения. Часто, чтобы ускорить процесс пробоя, катод специально облучают. В электрическом поле (Е = U/d), где U — напряжение, приложенное к плоским электродам) электрон набирает энергию и ионизует атом (молекулу), затрачивая на это приобретенную энергию. В результате появляются два медленных электрона (один новый и один старый). Они набирают энергию в поле и снова ионизуют атомы и т. д. Так развивается электронная лавина, причем все электроны быстро дрейфуют под действием поля в направлении анода, а гораздо более тяжелые положительные ионы гораздо медленнее вытягиваются к катоду. Достигая катода, ион с некоторой вероятностью у выбивает из катода новый электрон — это называется катодной или вторичной ионно-электронной эмиссией. Новый электрон порождает новую лавину, ионы которой снова вытягиваются на катод и т. д.

Если в каждом новом цикле число электронов, вышедших с катода, уменьшается по сравнению с предыдущим, а так случается при недостаточно сильном поле и не очень интенсивной ионизации, ничего особенного в газе не происходит. Просто время от времени появляются заряженные частицы, потом исчезают, будучи вытянутыми полем на электроды. Но если поле достаточно сильное, число электронов в новом цикле оказывается больше, чем в предыдущем. Тогда наряду c размножением электронов в каждой лавине происходит размножение самих лавин, и очень быстро весь промежуток заполняется зарядами, плотность которых до поры до времени неудержимо нарастает. Поперечное сечение промежутка может заполняться зарядами, даже если процесс начался от одного электрона, так как электроны в лавине диффундируют и расталкиваются в собственном электрическом поле, двигаясь также и в поперечном на- правлении. Кроме электронов в каждой лавине рождаются фотоны, в том числе энергичные, способные ионизовать газ на некотором удалении от лавины. Фотоны равномерно излучаются во всех направлениях, включая поперечное движению лавины. Так растет ширина объема промежутка, заполненного лавинами. Разряд может стать объемным в буквальном смысле этого слова, когда весь объем газа между электродами ионизуется в большей или меньшей степени. Так происходит лавинный пробой промежутка.