[发明专利]一种环形轴对称紫外预电离触发结构

说明书

本发明涉及脉冲功率源的气体开关，具体涉及一种用于脉冲功率源的气体开关的环形轴对称紫外预电离触发结构，用于解决现有气体开关紫外预电离触发结构无法在降低相同工作系数下气体开关时延与抖动的同时，保证多个结构参数一致性的不足之处。该环形轴对称紫外预电离触发结构包括环形电极、三个绝缘支柱、第一圆锥台电极、第二圆锥台电极和三个扇形环绝缘板，其中第一圆锥台电极顶面边缘、第二圆锥台电极底面边缘与环形电极内壁之间形成的两个环形间隙构成紫外预电离间隙结构。

技术领域

本发明涉及脉冲功率源的气体开关，具体涉及一种用于脉冲功率源的气体开关的环形轴对称紫外预电离触发结构。

背景技术

气体开关具有耐压高、通流强、结构简单等特点，在快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)、传输电压叠加器(TVA)等脉冲功率源中具有广泛应用。用于Z箍缩惯性约束聚变、高能密度物理等领域的大型FLTD/TVA型脉冲驱动源，气体开关的数量多达数万至十数万只，对气体开关的性能提出了极高的要求。目前大规模气体开关在低自放电概率下实现触发闭合一致性，成为制约直接驱动型超高功率Z箍缩驱动源发展的瓶颈之一。

国内外正在发展的下一代Z箍缩驱动源(FLTD/TVA)广泛采用一种多间隙串联直流气体开关，多个气体间隙串联有利于在较低的电场不均匀系数和较小的开关尺寸下获得较高工作电压。俄罗斯强流电子学所Kim等人提出一种利用中间环形电极安装针电极的电晕均压多间隙串联直流气体开关，充电时针板电晕放电产生的带电粒子实现开关均压，电晕产生的初始电子也有利于开关的触发。开关工作电压200kV，充气0.38MPa，用前行波幅值为100kV、前沿50ns负极性脉冲通过500Ω隔离电阻触发时，开关触发放电延时56ns，抖动小于1.5ns，目前存在的问题是电晕针的结构与参数难以保持多个的一致性，进而影响气体开关工作性能的一致性。国内西北核技术研究所、中国工程物理研究院等单位均开展了多间隙串联直流气体开关研究，西北核技术研究所孙铁平等人在堆栈式多间隙气体开关中引入针板紫外预电离措施，开关触发抖动减小约20％，气体开关触发电压阈值降低了约10kV；西北核技术研究所的降宏瑜等人提出一种多间隙直流气体开关并联电阻电容网络降低开关触发阈值的方法，并进一步提出了将多间隙直流气体开关并联电阻电容网络与针板紫外预电离结合降低触发阈值，提高触发特性的方法。通过引入电容电阻网络改变各间隙等效参数分布，使气体开关在直流充电耐压过程中各间隙电压分布受电阻网络控制，而在触发过程中间隙电压分配受电容网络的控制。实验结果表明气体开关工作电压±80kV，工作系数60％，将触发电压幅值由110kV降至75kV，抖动由3.2ns降至1.4ns。但是该开关电容电阻网络为多个分立元件并联在开关间隙，使开关加工、装配过程复杂，容易发生沿面绝缘击穿。

目前用于多间隙串联气体开关的紫外预电离结构均为尖-尖或尖-板间隙，这种结构可以有效降低相同工作系数下气体开关的时延与抖动，但是由于尖-尖或尖-板间隙难以保证多个结构参数的一致性，导致大批量气体开关触发性能不一致。

发明内容

本发明的目的是解决现有气体开关紫外预电离触发结构无法在降低相同工作系数下气体开关时延与抖动的同时，保证多个结构参数一致性的不足之处，而提供一种环形轴对称紫外预电离触发结构。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种环形轴对称紫外预电离触发结构，其特殊之处在于：包括环形电极、设置在环形电极外壁的三个绝缘支柱，以及设置在环形电极内孔的第一圆锥台电极、第二圆锥台电极、三个扇形环绝缘板；

所述环形电极内壁设置有环形凹槽，环形电极外壁设置有三个圆周均布的扇形环绝缘板；所述三个扇形环绝缘板圆周均布于环形电极内孔，三个扇形环绝缘板的外环面位于环形凹槽内；所述三个绝缘支柱一端位于径向凹槽内，另一端设置在气体开关的绝缘外壳内壁上；