[发明专利]一种低气压脉冲气体开关及其触发方法

说明书

本发明涉及一种低气压脉冲气体开关及其触发方法，其包括：外壳、相对设置的阳极和空心阴极，以及一个触发单元，其特征在于：所述触发单元为设在所述的空心阴极的背板处的用于接收入射光的光电阴极；在外壳上设有朝向所述光电阴极设置的石英窗；在所述阴极的前板设有一个导光孔。本发明通过采用入射光照射在光电阴极上实现开关的触发，其解决了现有此类开关采用电脉冲触发存在的电磁干扰问题，进而提高了系统的可靠性和稳定性，其具有结构紧凑、触发控制简单、具有峰值功率大、重复频率高，寿命长、抗电磁干扰性能好的优点。

技术领域

本发明涉及一种低气压脉冲气体开关及其触发方法,属于脉冲功率技术领域。

背景技术

脉冲功率技术是一种研究强电脉冲功率放大的技术。它以较低功率在较长的时间内储存电场或磁场能量，然后借助各种开关快速能量切换、脉冲压缩、功率放大，在很短的时间内将脉冲电磁能释放到特定的负载上。

目前主流的低气压脉冲气体开关主要包括闸流管、伪火花开关等。现有的低气压脉冲气体开关的触发方式一般是采用电脉冲触发，其触发的方法和原理是：现有的低气压脉冲气体开关(以下简称开关)主要工作气体为1Pa至200Pa的氢及其同位素气体或是氩气；其触发方式主要集中为电脉冲触发，触发脉冲参数普遍为2～5kV/10～50A,典型的脉冲调制线路如图1所示，该开关主要由壳体21、阳极22、触发极24和阴极23构成。阳极22承受阳极电压，阴极23接地，此时开关处于关断状态，阳极22和阴极23之间耐受高电压，储能电容C在此阶段通过阳极电压Ua进行储能。当触发脉冲信号U_trig施加在触发极24上，在电场的作用下，阴极23中的电子被抽运出阴极空腔，在此过程中电子被加速，同时与工作气体发生碰撞，不断电离工作气体形成雪崩效应，在扩散的作用下进入阳极22和触发极24形成的耐压间隙，在阳极电场的作用下，耐压间隙的工作气体被加速电离，失去耐压能力，开关导通。

然而，现有低气压脉冲气体开关触发方式的存在以下不足：根据脉冲调制原理图，此类开关由于触发信号采用电脉冲的形式，而触发脉冲必须在开关内形成通路才可以电离工作气体，所以触发脉冲发生装置引出线必须与触发极和开关阴极连接,阴极接地。在大脉冲电流工程应用中，由于系统地与真实大地之间的电阻存在，根据欧姆定律，系统地存在电位抬升问题，在脉冲电路测试中会发现系统地存在一个尖刺脉冲，幅度数kV，脉宽为us量级，此尖刺脉冲对辅助供电设备造成冲击，降低系统的稳定度及可靠性。

另一种工程应用是：当开关在工程系统中不可能可靠接地时，要求开关的阴极承受高压，此时，触发系统一并被悬浮于高压端使用，而触发系统的供电由220V工频电提供，在触发系统供电端与真实大地连接，此类应用会造成触发系统高压击穿失效；或采用高压隔离变压器配合滤波系统进行触发器的常规220V供电但随着高压等级的提高,隔离变压器和滤波系统的体积及造价几何级数提升,造成开关由于电路原理及造价成本的原因无法应用于工程系统。

因此，一种不需要将阴极强制接地、且减少电磁干扰进而有助于提升工程系统的可靠性和稳定性的低气压脉冲气体开关及其触发方法成为本领域技术人员追求的目标。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有的低气压脉冲气体开关存在的必须强制将阴极接地，且能够减少电磁干扰、进而提高工程系统的可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种低气压脉冲气体开关，其包括：外壳、相对设置的阳极和空心阴极，以及一个触发单元，其特征在于：所述触发单元为设在所述的空心阴极的背板处的用于接收入射光的光电阴极；在外壳上设有朝向所述光电阴极设置的石英窗；在所述阴极的前板设有一个导光孔。

为了使激光聚焦，提高光能，其最好还包括一个透镜，设置在光电阴极的前方用于入射光聚焦。

作为优选，所述外壳具有用于容纳所述阳极和空心阴极的密闭空腔，所述阳极为空心圆柱形，所述空心阴极圆柱空心形；