Электростатический экран
Владельцы патента RU 2466473:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Изобретение относится к области электротехники, к источникам нейтронного и рентгеновского излучения и других подобных устройств, в частности к экранировке аппаратов и их деталей. Цилиндрический электростатический экран электрофизической аппаратуры выполнен из высокоомного материала композитов на основе эпоксидной смолы с наполнителем из порошка феррита типа 1000 НН, или резистивных толстопленочных паст, или проводящей резины. Изобретение позволяет повысить надежность и ресурс работы электровакуумных приборов и электрофизической аппаратуры: рентгеновских и нейтронных генераторов, аппаратов на основе ускорительных трубок. 1 ил.
Изобретение относится к области электротехники, к источникам нейтронного и рентгеновского излучения и других подобных устройств, в частности к экранировке аппаратов и их деталей.
Известен защитный экран от электромагнитных и электростатических воздействий, содержащий оптически прозрачное токопроводящее окно, выполненное в виде металлической регулярной сетки с окисным покрытием и с поверхностным омическим сопротивлением 0,2-0,5 Ом/м. Патент Российской Федерации на полезную модель №7792, МПК7 Н05K 9/00, 1998 г. Экран позволяет направить разрядные токи вдоль поверхности.
Известно устройство для защиты от перенапряжений, в котором сторона электрода частично покрыта высокоомным материалом. Патент Российской Федерации №2374729, МПК7 Н01Т 4/10, 2009. Устройство позволяет изменить лишь траекторию разряда.
Известен электростатический экран в виде алюминиевого цилиндра. Патент Российской Федерации №2211499, МПК7: H01F 38/30, 2003.
Известен блок излучателя нейтронов, содержащий нейтронную трубку, в которой все элементы выполнены в виде тел вращения и размещены в герметичном корпусе. Между нейтронной трубкой и корпусом излучателя нейтронов коаксиально нейтронной трубке установлен цилиндрический экран, состоящий из двух частей из алюминиевого сплава, для выравнивания напряженности электрического поля между нейтронной трубкой и корпусом. Патент Российской Федерации №2399977, МПК7 G21G 4/02, 2010. Прототип.
Электростатические экраны для выравнивания поля и снижения его напряженности, указанные в аналогах и прототипе, используемые как в электровакуумных приборах, так и в другой электрофизической аппаратуре: рентгеновских и нейтронных генераторах, аппаратах на основе ускорительных трубок и т.п. устройствах, по существу являются обкладкой коаксиального конденсатора, накапливающего электрическую энергию.
Как следствие, в случае пробоя внутри электровакуумного прибора, в цепь которого включен образованный экраном конденсатор, вся накопленная в этом конденсаторе энергия без ограничения тока участвует в пробое и приводит к выходу из строя прибора.
Данное изобретение устраняет указанные недостатки.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и ресурса работы электровакуумных приборов, безотказная работа приборов, содержащих высоковольтные цепи питания электровакуумных и газоразрядных трубок, и электрофизической аппаратуры: рентгеновских и нейтронных генераторов, аппаратов на основе ускорительных трубок.
Технический результат достигается тем, что цилиндрический электростатический экран электрофизической аппаратуры выполнен из высокоомного материала композитов на основе эпоксидной смолы с наполнителем из порошка феррита типа 1000 НН, или резистивных толстопленочных паст, или проводящей резины.
Цилиндрический электростатический экран, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, позволяет при сохранении экранирующих свойств собственно экрана ограничить разрядные токи до безопасных значений для электровакуумного прибора.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где 1 - экран, 2 - корпус, 3 - катод, Спаразит - емкость, образованная экраном, заряженная до напряжения Uпит, i1 - ток пробоя ограниченный Rогр, i2 - ток разряда паразитной емкости, i3 - суммарный ток пробоя.
где Rогр - ограничительный резистор;
Rсм - резистор смещения;
Uпит - напряжение питания трубки (высокое напряжение).
На чертеже в качестве примера приведена типичная электрическая схема узла нейтронного генератора, содержащего цилиндрический экран из алюминиевого сплава и электровакуумный прибор.
Обычно цилиндрический экран из алюминиевого сплава расположен между нейтронной трубкой и корпусом прибора и соединен согласно чертежу с электродом нейтронной трубки. Цилиндрический экран находится под высоким напряжением 80-100 кВ (Uпит - напряжение питания трубки).
Емкость Спаразит, образованная цилиндрическим экраном из алюминиевого сплава относительно корпуса прибора, достигает величин порядка 100-200 пФ. При высоких напряжениях Uпит емкость Спаразит запасает энергию около 0,5 Дж и в случае даже незначительного разряда в трубке между ее электродами вся запасенная энергия по образованному треку разряжается током, ограниченным только разрядным промежутком, и суммарный ток пробоя i3:
может достигать больших значений, приводящих к отказам, вплоть до разрушения трубки.
Использование в приборах такого типа цилиндрического экрана из материалов с высоким удельным сопротивлением ограничивает токи разряда до безопасных значений, определяемых для конкретных электровакуумных приборов их разработчиками, ТУ и т.д.
В качестве материалов с подобными свойствами применены:
композиты на основе эпоксидной смолы с наполнителем из порошка феррита 1000 НН, резистивные толстопленочные пасты, проводящие резины и т.п. Минимальные значения сопротивления Rэкрана цилиндрических электростатических экранов в приборах с нейтронными трубками лежат в пределах от 2 до 5 мОм. Верхний предел сопротивления Rэкрана цилиндрических электростатических экранов составляет единицы гОм.
Цилиндрический электростатический экран электрофизической аппаратуры, отличающийся тем, что он выполнен из высокоомного материала композитов на основе эпоксидной смолы с наполнителем из порошка феррита типа 1000 НН, или резистивных толстопленочных паст, или проводящей резины.
