Способ поджига газонаполненного разрядника

 

СПОСОБ ПОДЖИГА ГАЗОНАПОЛНЕННОГО РАЗРЯДНИКА, согласно n fTitflt//n. которому в разрядный промежуток поджигаемого разрядника подают сфокусирован ный на поверхности его катода-мишени импульс лазерного излучения пикосекундной длительности с энергией выше пороговой энергии срабатывания разрядника, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности срабатывания разрядника, через промежуток времени д по отношению к моменту подачи в разрядный промежуток первого импульса лазерного излучения в разрядный промежуток подают второй, дополнительный , импульс, мощность которого устанавливают по крайней мере на порядок выше МОШ.НОСТИ первого, причем промежуток времени at устанавливают в зависимости от величины экспериментально опреденной минимальной задержки tэ.иии.cpaбaтывaния разрядника при поджиге отдельно взятым (Л первым импульсом в соотношении 0,5 tjXHH. utttiMKH. . to О5 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д) Н Ol Т 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л„, nf

nz

l t

/7г о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3408907/24-07 (22)- 22.03.82. (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) Г. И. Брюхневич, Г. В. Колесов, В. Б, Лебедев и В. И. Прохоренко (53) 621.316.933 (088.8) (56) 1. Быховская Л. Н. и др. Исследование разрядников с различным наполнением, поджигаемых излучением лазера.

Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития высокоскоростной фотографии и кинематографии и метрологии быстропротекающих процессов».

М., 1978, с. 19.

2. Чоп der Linde and oth. Opt. Commun, 1970, ч. 2, № 5, р. 215-218 (прототип) (54) (57) СПОСОБ ПОДЖИГА ГАЗОНАПОЛНЕННОГО РАЗРЯДНИКА, согласно

„SU„„1072166 А которому в разрядный промежуток поджигаемого разрядника подают сфокусирован, ный на поверхности его катода-мишени импульс лазерного излучения пикосекундной длительности с энергией выше пороговой энергии срабатывания разрядника, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности срабатывания разрядника, через промежуток времени И по отношению к моменту подачи в разрядный промежуток первого импульса лазерного излучения в разрядный промежуток подают второи, дополнительный, импульс, мощность которого устанавливают по крайней мере на порядок выше мощности первого, причем промежуток времени ь1 устанавливают в зависимости от величины экспериментально опреденной минимальной задержки t „„„срабатывания разрядника при поджиге отдельно взятым первым импульсом в соотношении

0,5 1з.мин. с: dt4tg,ò

1072166

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для регистрации быстропротекающих процессов, в частности, в лазер. ной технике и высокоскоростной фотографии, где точность синхронизации, определяемая нестабильностью задержки срабатывания разрядника, поджигаемого лазером (РПЛ), часто имеет решающее значение.

Известен способ поджига газонаполненного разрядника лазерными импульсами с длительностью 10 "— 10 с (1).

В этом случае пробой разрядника происходит в течение действия лазерного импульса и нестабильность задержки срабатывания РПЛ составляет 210 с. При увеличении энергии лазерного импульса, поджигающего РПЛ, на порядок и брлее по отношению к пороговой энергии срабатывания разрядника, задержка срабатывания и ее нестабильность снижаются и практически перестают зависеть от энергии поджига.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ поджига газонаполненного разрядника, согласно которому в разрядный промежуток поджигаемого разрядника подают сфокусированный на поверхности его катода-мишени импульс лазерного излучения пикосекундной длительности с энергией выше пороговой энергии срабатывания разрядника (2)

При этом способе поджига нестабильность (разброс величины времени запаздывания) срабатывания разрядника составляет не менее 1 нс, Это связано с тем, что используемые для поджига РПЛ твердотелые неодимовые или рубиновые пикосекундные лазеры в сравнении с наносекудными лазерами (с модулированной добротностью) имеют гораздо более низкую воспроизводи-. мость расходимости и мощности излучения. В результате этого качество начальных электронов, создаваемых в газе поджигающим пикосекундным импульсом, сильно флуктуирует. Поскольку пробой РПЛ происходит после окончания поджигающего импульса, задержка пробоя определяется временем, необходимым для достижения в лавине критической концентрации электронов, когда лавина переходит в стример. Это время сильно зависит от количества начальных электронов, созданных поджигающим импульсом.

Уменьшение нестабильности срабатывания путем увеличения энергии импульса лазерного излучения требует отдельный мощный усилитель, что сложно и дорого. Кроме того, быстро выводит из строя поджигаемый разрядник из-за образования каверны с острыми краями на электроде-мишени в месте фокусировки лазерного луча, что снижает пробивное напряжение разрядника и увеличивает нестабильность задержки его срабатывания из-за падения напряженности электрического поля на дне каверны. Та- ким образом, нестабильность срабатывания разрядника при поджиге лазерным импульсом пикосекундной длительности не может быть снижена менее 1 нс, что является недостатком данного способа поджига разрядника.

Цель изобретения — повышение стабильности срабатывания разрядника.

Поставленная цель достигается тем, что в способе поджига газонаполненного разрядника, согласно которому в разрядный промежуток поджигаемого разрядника подают сфокусированный на поверхности его катода-мишени импульс лазерного излучения пикосекундной длительности с энергией выше пороговой энергии срабатывания разрядника, через промежуток времени at по отношению к моменту подачи в разрядный промежуток первого импульса лазерного

20 излучения в разрядный промежуток подают второй дополнительный импульс, мощность которого устанавливают по крайней мере на порядок выше мощности первого,,причем промежуток времени bt устанавливают в зависимости от величины экспериментально определенной минимальной задержки 1 .„„ срабатывания разрядника при поджиге отдельно взятым первым импульсом лазерного излучения в соотношении

5G

0,5 tç.èèí i bt< tç.»„.

На фиг. 1 представлены диаграммы изменения во времени концентрации и электронов в разрядном промежутке поджигаемого разрядника под действием первого импульса лазерного излучения, а также изменение во времени мощности лазерного излучения в разрядном промежутке поджигаемого разрядника; на фиг. 2 — принципиальная схема поджига разрядника согласно предлагаемому способу.

Первь и из двух последовательных лазерных импульсов (фиг. 1а), сфокусированный на катод-мишень РПЛ, создает в момент времени t, каждый раз различные начальные концентрации электронов и,, п,, ..., п,, которые рождают лавины, вызывающие пробой РПЛ с определенной нестабильностью задержки (,, > 10 с.

Мощность Р второго фиксирующего импульса лазерного излучения (фиг. 16) устанавливают примерно на порядок большей, чем мощность Р, первого импульса, а задержку bt прихода второго импульса опытным путем устанавли вают несколько меньшей, чем минимальная задержка пробоя РПЛ при поджиге отдельно взятым первым импульсом.

Второй импульс резко увеличивает выше критической концентрацию электронов, образовавшихся к этому времени в голВка лавины, созданной первым импульсом, и фик1072166

Составитель E. Бочкова

Редактор E. Кривина Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 11583/47 Тираж 591 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оч крытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сирует (стабилизирует) момент пробоя раз-, рядника.

На фиг. 2 показаны катод-мишень 1 и анод 2 разрядника, поджигаемого лазером (РПЛ), и оптический путь 3 лучей поджигающего лазера.

Ось поджигающего луча лазера составляет небольшой угол (не более 5-10 ) с силовыми линиями электрического поля в промежутке, вдоль которых развивается лавина 4, т.е. второй импульс лазерного излучения попадает в головку лавины (фиг. 2)

Таким образом, нестабильность задержки срабатывания разрядника at согласно предлагаемому способу определяется временем, необходимым стримеру на прохождение пути между головкой лавины и анодом. Положив для реальных давлений (-10 атм газа (азота) апромежутке разрядника, рабочих напряжений (-10 кВ) и межэлектродных зазоров-0,2-0,3 мм разрядника вариацию длины пути стримера ad не более 0,1 мм, найдем

Лт з, < ц--10 с, йа !О где Четрмм =10 см/с — скорость стримера.

Ф

Вариация длины пути стримера может быть следствием вариации начальной концентрации электрбнов, когда задержка второго поджигающего импульса близка к 1з„„ни возможно увеличение скорости лавины при концентрациях электронов, близких к критической. Если же выбрать М не близким к t икиа в полтора-два раза меньше t,„„,, то концентрация электронов в промежутке окажется заметно меньшей критической, когда можно считать скорость лавины не зависящей от начальной концентрации (п,, п, ..., пв). При этом ad может оказаться существенно меньше указанной выше величины О,! мм. Таким образом, уменьшение задержки между первым и вторым поджигающими импульсами может привести к существенному уменьшению нестабильности задержки срабатывания at+> до IO c.

Однако задержка между первым и вторым поджигающими импульсами должна иметь оптимум, так как дальнейшее ее умень !

0 шение приведет к уменьшению эффективности взаимодействия второго импульса с головкой лавины из-за низкой концентрации плазмы в ней, образующейся к моменту прихода второго импульса.

Принципиально возможны также ситуаци и, когда импульсы следует фокусировать в различные точки разрядного промежутка, например, первый — на катод, второй — на головку лавины. Это можно осуществить, пустив импульсы по разным опти20 ческим путям и фокусируя каждый отдельной линзой.

Предлагаемый способ опробован на разряднике РЛГ=2 при поджиге его импульсами неодимового лазера.

Важные для поджига разрядника параметры лазерного излучения флуктуировали от импульса к импульсу в следующих пределах: длительность импульса (8 — 20) Х

Х 10 с; средняя за импульс мощность излучения 0,5 — 1,5 ГВт.

Использование изобретения позволяет уменьшить нестабильность срабатывания разрядника до 2 10 " с, в то время, как в прототипе эта нестабильность составляет 10 с.