Электроразрядный источник излучения

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике, в частности к источникам излучения, находящим применение в рентгеновской микроскопии для исследований внутренней структуры клеточных культур в наноразмерном масштабе, а также в фотолитографии и др. областях техники. Технический результат - повышение эффективности работы электроразрядного источника излучения. Электроразрядный источник излучения содержит высоковольтный источник напряжения, газовую систему, разрядник, соединенный последовательно с емкостным накопителем, транспортирующей линией, нагрузкой в составе соосно расположенных дискового катода с центральным отверстием, дискового изолятора, анодного узла с керамическим капилляром, а также камеру с газовым выводом. Транспортирующая линия выполнена высоковольтными полосковыми линиями. 3 ил.

 

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике, в частности к источникам излучения, находящим применение в рентгеновской микроскопии для исследований внутренней структуры клеточных культур в наноразмерном масштабе, а также в фотолитографии и др. областях техники.

Использование быстрых электрических капиллярных разрядов для получения неравновесной плазмы многозарядных ионов является одним из основных путей создания компактных и недорогих источников экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения, которые были бы доступными для научных организаций различного профиля.

С уменьшением длины волны генерации необходимая удельная мощность накачки резко возрастает, а эффективность преобразования запасаемой в генераторах электрической энергии в тепловую и потенциальную энергию инвертируемой среды падает. Это приводит к необходимости увеличения запасаемой энергии, что сокращает срок службы капиллярных трубок и усложняет эксплуатацию подобных источников.

Поэтому определяющим требованием, предъявляемым к таким источникам, является эффективность работы.

Известен электроразрядный источник излучения [J. Schmidt, K. Kolacek, V. Bohacek, M. Ripa, O. Frolov, P. Yrba, A. Jancarek, M. Vrbova //Soft X-Ray Radiation of Fast-Capillary Discharge CAPEX 2// 5^th Int. Conf.on Dense Z-Pinches. 2002, American Institute of Physics, 6, pp. 165-167], содержащий емкостной накопитель в виде генератора Маркса, транспортирующую линию в составе промежуточной коаксиальной секции с газовой изоляцией и коаксиального конденсатора с водяной изоляцией, а также нагрузку. В источнике реализована схема обострения и формирования импульса напряжения наносекундной длительности на коаксиальном конденсаторе с водяной изоляцией.

В пространстве между внутренним электродом коаксиального конденсатора и катодным диском нагрузки установлен основной разрядник, с внешней стороны которого водяная изоляция, а внутренний объем заполнен газом SF₆. Катодный диск с центральным трубчатым электродом отделен диэлектрическим барьером от анодного узла, состоящего из внешнего металлического токопровода диаметром 80 мм и соосно размещенного в нем керамического капилляра с внутренним диаметром 3,2 мм.

Внутренняя полость между обратным токопроводом и керамическим капилляром заполнена газом SF₆ для повышения электрической прочности.

На конце анодного узла установлена камера с игольчатым клапаном напуска газа в капилляр.

Генератор Маркса состоит из восьми каскадов накопительных конденсаторов. В результате последовательного соединения конденсаторов на выходе генератора Маркса возникает импульс высокого напряжения, который через транспортирующую линию прикладывается к электроду основного разрядника и анодному узлу. В период времени зарядки коаксиального конденсатора до пробоя газового промежутка основного разрядника в нагрузке протекает емкостной ток амплитудой примерно 40 А, который обеспечивает предварительную ионизацию газа в капилляре. При достижении пробивного напряжения газового промежутка происходит коммутация разрядника, в результате на катоде возникает импульс высокого напряжения.

При выходном напряжении генератора Маркса 140 кВ в газонаполненном капилляре возникает импульс тока с амплитудой до 44 кА при длительности периода порядка 238 нс. Частота следования импульсов около двух герц. Предусмотрена возможность предварительной ионизации газа в капилляре от отдельного источника импульсного напряжения микросекундной длительности.

Наполнение капилляра газом происходит через игольчатый клапан, который установлен на камере с внешней стороны относительно анодного узла. При этом газ поступает в капилляр с одной стороны, а, именно, с анодного выхода, чем значительно ограничивается частота следования импульсов излучения.

Основным недостатком электроразрывного источника излучения является его низкая эффективность.

Это вызвано тем, что компрессия импульса напряжения происходит в несколько этапов с неизбежными отражающими эффектами. В результате вся энергия емкостного накопителя выделяется в нагрузке, в том числе за пределами активной зоны генерации излучения, что приводит к значительным тепловым нагрузкам на материал керамики и снижает их ресурс.

Следует отметить также сложный технологический состав оборудования источника и ограничения по частоте следования импульсов из-за одностороннего ввода газа в капилляр и применения газовых разрядников.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электроразрядный источник излучения, выбранный в качестве прототипа [L. Soto, P. Silva, J. Moreno, M. Zambra, G. Sylvester, A. Esaulovy, and L. Altamirano. Dense Plasmas Research in the Chilean Nuclear Energy Commission: Past, Present and Future. Brazilian Journal of Physics, vol. 32, no. 1, 2002, p. 139-154.], включающий высоковольтный источник напряжения, источник предварительной ионизации, газовую систему, емкостной накопитель, соединенный последовательно с разрядником, транспортирующей линией и нагрузкой в составе соосно расположенных дискового катода с центральным отверстием, дискового изолятора, анодного узла с керамическим капилляром, а также камеру с газовым выводом.

Для электрического разряда в газе капилляра используется энергия, накопленная в конденсаторе, выполненном в виде конструктивной емкости между катодным диском и диском анодного узла, разделенных дисковым изолятором. Диски выполнены из латуни, внешний диаметр дисков 80 мм. В качестве материала в дисковом изоляторе используется майлар, поливинилхлорид или аналогичный диэлектрик.

В отличие от аналога в источнике используется схема импульсной зарядки конденсатора, установленного непосредственно на нагрузке. Для импульсной зарядки между конденсаторами установлен последовательно газовый разрядник и транспортирующая линия в виде умножителя напряжения на основе отрезков кабельных линий длиной 2 м с волновым сопротивлением 50 Ом. На входе умножителя линии соединены параллельно, а на выходе последовательно [Г.А. Месяц, А.С. Насибов, В.В. Кремнев. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, М., «Энергия», 1970. с. 19.]. После срабатывания газового разрядника умножитель напряжения обеспечивает транспортировку энергии емкостного накопителя в конденсатор нагрузки с одновременным повышением амплитуды импульса напряжения. Такой умножитель может обеспечить увеличение амплитуды импульса напряжения с 13 кВ до 50 кВ с фронтом около 20 нс.

В анодном узле установлен керамический капилляр с диаметром внутреннего отверстия около 1,5 мм, длиной до 8 мм с тесным расположением обратного токопровода, что позволяет уменьшить индуктивность газового разряда в капилляре.

Во время зарядки конденсатора, установленного между катодным диском и анодным узлом, в газе капилляра возникает емкостной ток, величина которого ограничена значительным сопротивлением транспортирующей линии. Этого тока недостаточно для предварительной ионизации газового канала.

Поэтому для предварительной ионизации газа в капилляре используется импульсный источник электронов, размещенный с внешней стороны дискового катода с центральным отверстием. Синхронизация источника электронов связана с временем заряда конденсатора, установленного между катодным диском и анодным узлом, обеспечивая при этом условия для электрического разряда в газовом канале на требуемом значении напряжения.

Газовая схема - проточного типа, наполнение капилляра происходит через центральное отверстие в дисковом электроде, а вывод газа происходит через клапан камеры, герметично установленной с внешней стороны анодного узла. Такая схема обеспечивает быструю смену и необходимый градиент давлений газа, а также частотный режим работы устройства. Источник работает при частоте несколько герц.

При напряжении конденсатора нагрузки около 10 кВ и давлении аргона в капилляре 0,65 мбар максимум амплитуды разрядного тока в капилляре составил 5 кА с временем нарастания по уровню амплитуды 10…90% около 3 нс.

Недостатком электроразрывного источника излучения так же является его низкая эффективность. Это вызвано тем, что волновое сопротивление умножителя напряжения определяется большим сопротивлением кабеля, что ограничивает амплитуду зарядного тока емкости между катодным диском и анодным узлом. Следует также отметить, что применение газового разрядника ограничивает частоту работы источника.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы электроразрядного источника излучения.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в электроразрядном источнике излучения, включающем высоковольтный источник напряжения, газовую систему, разрядник, соединенный последовательно с емкостным накопителем, транспортирующей линией, нагрузкой в составе соосно расположенных дискового катода с центральным отверстием, дискового изолятора, анодного узла с керамическим капилляром, а также камеру с газовым выводом, согласно настоящему изобретению, транспортирующая линия выполнена соединенными параллельно высоковольтными полосковыми линиями.

Новое схемное решение позволяет повысить амплитуду тока между емкостным накопителем и нагрузкой. В результате повышается стабильность работы разрядника. Кроме того, обеспечивается увеличение амплитуды напряжения на нагрузке относительно зарядного напряжения емкостного накопителя. Амплитуда импульса напряжения на нагрузке примерно в полтора раза превышает величину зарядного напряжения емкостного накопителя. Достигнутые результаты являются определяющим фактором эффективности источника излучения, особенно для частотного режима работы.

Таким образом, за счет всей совокупности существенных признаков изобретения достигается заявленный технический результат, а именно, повышение эффективности работы источника.

Сущность заявляемого изобретения и варианты его реализации раскрыты в нижеследующем описании и на фигурах.

На Фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого электроразрядного источника излучения.

На Фиг. 2 представлены выходные осциллограммы, снятые с каналов сбора данных электроразрядного источника излучения.

На Фиг. 3 представлены спектры излучения смеси Ar:He при давлении 1,3 мбар для разных расстояний.

На фигурах обозначено:

1 - высоковольтный источник напряжения;

2 - газовая система;

3 - блок управления разрядником;

4 - металлический корпус;

5 - разрядник;

6 - емкостной накопитель;

7 - транспортирующая линия;

8 - высоковольтная полосковая линия;

9 - нагрузка;

10 - дисковый катод с центральным отверстием;

11 - дисковый изолятор;

12 - анодный узел;

13 - дисковый электрод;

14 - обратный токопровод;

15 - керамический капилляр;

16 - газовый ввод;

17 - камера;

18 - газовый вывод;

19 - керамический конденсатор;

20 - трубчатый катод;

21 - высоковольтный омический делитель напряжения емкостного накопителя;

22 - высоковольтный омический делитель напряжения нагрузки;

23 - магнитоиндукционный датчик;

24 - токовый шунт;

25 - напряжение зарядки емкости нагрузки;

26 - ток основного разряда;

27 - ток предионизации;

28 - линия аргона Ar - VIII (15,9 нм);

29 - линия кислорода (15,06 нм);

30 - полоса пропускания фильтра Ti/Si.

Электроразрядный источник излучения (Фиг. 1) включает в себя высоковольтный источник напряжения 1, газовую систему 2, блок управления разрядником 3, размещенные в металлическом корпусе 4 разрядник 5 и емкостной накопитель 6, а также транспортирующую линию 7, состоящую в предлагаемом решении из четырех высоковольтных полосковых линий 8, нагрузку 9, состоящую из дискового катода с центральным отверстием 10, дискового изолятора 11 и анодного узла 12, состоящего из дискового электрода 13, обратного токопровода 14 и керамического капилляра 15, газового ввода 16, установленного с внешней стороны дискового катода, камеру 17, герметично соединенную с обратным токопроводом, газовый вывод 18 на стенке камеры. Герметичность соединения дискового катода и анодного узла обеспечивается внешними диэлектрическими шпильками (на чертеже не показано). Емкость анодного узла составляет около 22 пФ.

В качестве частного технического решения предложено установить керамические конденсаторы 19 между дисковым катодом и дисковым электродом анодного узла, которые могут обеспечить необходимую амплитуду и длительность импульса разрядного тока в соответствии с требуемыми условиями работы источника. Керамические конденсаторы в импульсном режиме заряжаются от емкостного накопителя через транспортирующую линию.

В качестве частного технического решения предусмотрена возможность установки в дисковом электроде с центральным отверстием сменного трубчатого катода 20, размещенного внутри керамического капилляра.

Для контроля импульсов напряжения емкостного накопителя используется высоковольтный омический делитель 21, емкости нагрузки - омический делитель 22. Для контроля полного разрядного тока в нагрузке используется магнитоиндукционный датчик 23. При установке конденсаторов 19 для контроля разрядного тока одного конденсатора используется шунт 24, установленный между дисковым электродом 13 и конденсатором 19.

Шунт 24 бифилярного исполнения выполнен из нержавеющей фольги толщиной 15 мкм и активным сопротивлением около 100 мОм.

Высоковольтная полосковая линия 8 выполнена на основе фольгированного стеклотекстолита FR-4, ламинированного с двух сторон медной фольгой толщиной 105 мкм. Толщина диэлектрика 1,29 мм, диэлектрическая проницаемость порядка 4,8. Полоски фольги являются электродами линии и имеют одинаковые размеры 80х430 мм. Размер по диэлектрику 120х470 мм. Расстояние между электродами по поверхности диэлектрика 40 мм. Волновое сопротивление линии 2,65 Ом при емкости 1,08 нФ и индуктивности 7,58 нГн. В предлагаемом решении применено четыре высоковольтных полосковых линии, соединенных параллельно, при этом общее волновое сопротивление транспортирующей линии составляет около 0,6 Ом. Время распространения электромагнитной волны в полосковой линии около 3 нс. Такая линия является компактным низкоомным соединением между накопительным конденсатором 6 и нагрузкой 9. Этим достигается практически максимальная амплитуда тока между емкостным накопителем и нагрузкой, ограниченная только волновым сопротивлением контура в составе разрядника и емкостного накопителя. В результате повышается стабильность работы разрядника. Амплитуда импульса напряжения на нагрузке примерно в полтора раза превышает величину зарядного напряжения емкостного накопителя. Достигнутые результаты являются определяющим фактором эффективности источника излучения, особенно для частотного режима работы.

Внешние соединения электродов каждой микрополосковой линии выполнены гибкими шинами с пленочной изоляцией (на чертеже не показано) из медной фольги толщиной 0,5 мм, длиной 80 мм, шириной с одной стороны 20 мм, с другой - 80 мм. Широкой стороной шины припаяны к электродам линии.

С одной стороны шины соединены соответственно с высоковольтным электродом емкостного накопителя 6 и заземленным металлическим корпусом 4, а с другой стороны соединены с дисковым катодом 10 и дисковым электродом 13. Линии размещены равномерно относительно оси отверстия катодного диска 10, при этом высоковольтные электроды расположены с внутренней стороны. Электрическая прочность изоляции линий проверена статическим напряжением 26 кВ.

Дисковый катод с центральным отверстием 10, дисковый электрод 13 и обратный токопровод 14 выполнены из латуни. Толщина дисков 12 мм. Внешний диаметр обратного токопровода 26 мм. В дисковом катоде имеется центральное отверстие диаметром 0,8 мм, а также отверстие диаметром 6 мм и глубиной 4 мм для установки керамического капилляра 15. Дисковый изолятор 11 имеет центральное отверстие диаметром 6 мм, он выполнен из листового поливинилхлорида толщиной 1÷2 мм. Дисковый электрод 13 и обратный токопровод 14 имеют центральное отверстие диаметром 6 мм. Профиль внешних поверхностей дискового катода 10 и дискового электрода 13 выполнен в виде многогранника с глухим резьбовым отверстием в центре каждой грани для присоединения шин микрополосковых линий 8, керамических конденсаторов 19, омического делителя 22 и шунта 24. Внешний габарит дисков составляет 68 мм. Керамический капилляр 15 выполнен из высокочастотной корундовой керамики ВК-94 в виде трубки с внешним диаметром 6 мм, внутренним диаметром 2 мм и длиной до 80 мм. Электрические свойства керамики: прочность до 20 кВ/мм; диэлектрическая проницаемость около 9.

В качестве частного технического решения предложено установить дополнительные керамические конденсаторы 19 для увеличения емкости нагрузки и, соответственно, увеличения амплитуды и длительности импульса разрядного тока в плазменном канале нагрузки. Это могут быть высоковольтные керамические конденсаторы типа HVCA с рабочим напряжением до 40 кВ и емкостью 1,4 нФ.

В качестве частного технического решения предложено установить дополнительно сменный трубчатый катод 20 в дисковом электроде с центральным отверстием с целью предварительной ионизации газа емкостным током в процессе заряда емкости нагрузки. Трубчатый катод выполнен в виде медной трубки с внешним диаметром 2 мм и толщиной стенки 0,15 мм. Длина трубки определяется исходя из условий работы источника.

Электроразрядный источник излучения работает следующим образом.

Включается вакуумная система (на рисунке не показано) в составе безмасляного форвакуумного насоса, турбомолекулярного насоса, магистралей и датчика контроля давления. Через газовый вывод 18 в объеме камеры 17 достигается начальное давление порядка 10^-3 мбар.

От газовой системы 2 через газовый ввод 16 подается газ во внутренний объем керамического капилляра 15 при необходимом давления, как правило, в пределах 0,2 ÷ 1,5 мбар. Скорость потока газа регулируется игольчатым клапаном (на чертеже не показано), установленным перед газовым вводом 16. Давление газа в камере контролируется датчиком давления в составе вакуумной системы.

Производится зарядка емкостного накопителя 6 от высоковольтного источника напряжения 1 (50 кВ, 500 Вт) положительной полярности. В накопителе используются высоковольтные керамические конденсаторы типа UHV-6A с рабочим напряжением 30 кВ и емкостью 1,7 нФ.

В качестве разрядника 6 может быть применен тиратрон ТПИ1-10к/50 с ненакаливаемым катодом [А.В. Акимов, П.А. Бак, А.А. Корепанов, П.В. Логачев, В.Д. Бочков, Д.В. Бочков, В.М. Дягилев, В.Г. Ушич. Применение тиратронов с ненакаливаемым катодом для формирования серии высоковольтных сильноточных импульсов. Вестник НГУ, Серия: Физика, 2008, том 3, выпуск 4, с. 68-73]. В технических характеристиках тиратрона указана максимальная амплитуда рабочего напряжения до 50 кВ, тока до 10 кА, частота следования импульсов 20 кГц.

Известно [П.П. Гугин. Применение тиратрона ТПИ1-10к/50 в частотном режиме для накачки газовых лазеров. Приборы и техника эксперимента. 2013, № 3, с. 85-89], что модуляторы на основе такого тиратрона могут использоваться в качестве источника питания газового лазера с частотой следования импульсов до 5 кГц при напряжении 10 кВ, токе до 7 кА и длительности импульса до 25 нс. Таким образом экспериментально показана возможность применения тиратрона ТПИ1-10к/50 в системах импульсного питания с частотой следования импульсов до 5 кГц, при ограниченной длительности импульса напряжения.

Тиратрон запускается комплектным блоком управления 3, при поступлении на его вход импульса напряжения (10-15 В, 100 мА, 2,0-4,0 мкс).

Разрядник 5 и емкостной накопитель 6 размещены на металлическом корпусе 4 цилиндрического исполнения, который является коаксиальным обратным токопроводом. Такое исполнение позволяет сократить индуктивность разрядного контура и, следовательно, длительность переднего фронта генерируемого импульса напряжения, а также обеспечить защиту, как тиратрона от внешних наводок, так и внешних цепей от самого тиратрона. Волновое сопротивление такого исполнения около 4,5 Ом. В основании корпуса установлен воздушный вентилятор (на чертеже не показано) для охлаждения тиратрона. Контроль импульса напряжения емкостного накопителя обеспечивает высоковольтный омический делитель напряжения 21 на основе сопротивлений типа ТВО с рассеиваемой мощностью 5 Вт для высокоомного плеча и 0,5 Вт для низкоомного плеча.

В результате коммутации разрядника 5 блоком управления 3 происходит смена полярности напряжения емкостного накопителя 6 и сформированный импульс напряжения отрицательной полярности через транспортирующую линию 7 поступает на входную емкость нагрузки (и керамический конденсатор 19). Происходит зарядка входной емкости нагрузки. Во время зарядки в нагрузке возникает импульсный емкостной ток, который обеспечивает предварительную ионизацию газа в капилляре. Длительность импульса емкостного тока определяется временем нарастания напряжения на нагрузке и давлением газа.

При реализации частного технического решения, при котором параллельно нагрузке установлены дополнительные конденсаторы 19, время их зарядки, и, соответственно, длительность импульса емкостного тока, возрастают.

При реализации частного технического решения, при котором в дисковом катоде 10 с центральным отверстием установлен сменный трубчатый катод 20, в процессе зарядки емкости нагрузки импульсный емкостной ток сопровождается скользящим лавинным разрядом с кромки катода по внутренней поверхности капилляра. В результате этого разряда происходит, так называемая, жесткая ионизация газа, резкое возрастание проводимости и последующая генерация излучения в плазменном канале при воздействии основного разрядного тока [В.А. Бурцев, В.В. Забродский, Н.В. Калинин, Е.П. Большаков. Источники электромагнитного излучения на основе малоиндуктивного протяженного z - разряда. ЖТФ, 2013, том 83, вып. 2, с. 43-51.].

Устройство в конкретном исполнении имеет следующие параметры.

Электроразрядный источник излучения Фиг. 1. содержит высоковольтный источник напряжения 1, газовую систему 2 в составе баллонов с редукторами и пластиковых магистралей с фитингами, блок управления разрядником 3. В металлическом корпусе 4 диаметром 280 мм и длиной 620 мм соосно смонтированы последовательно: вентилятор; разрядник 5 в виде тиратрона ТПИ1-10к/50; емкостной накопитель 6, состоящий из двенадцати параллельно соединенных керамических конденсаторов UHV-6A 30 кВ 1,7 нФ, размещенных между двумя дисками толщиной 10 мм и диаметром 300 мм из алюминиевого сплава. Корпус 4 ориентирован горизонтально. Транспортирующая линия 7, состоит из четырех полосковых линий 8, каждая из которых присоединена гибкими шинами, с одной стороны с высоковольтным диском емкостного накопителя и корпусом, а с другой стороны соединена с дисковым катодом с центральным отверстием 10 и дисковым электродом 13 анодного узла 12. Таким образом, выполняется параллельное соединение полосковых линий с симметричным расположением гибких шин. При этом металлический корпус 4 и нагрузка 9 размещены соосно и горизонтально.

Для увеличения емкости нагрузки могут использоваться дополнительные керамические конденсаторы 19 типа HVCA с пробивным напряжением 40 кВ и емкостью 1,4 нФ, присоединенные полосками меди толщиной 0,5 мм и шириной 20 мм соответственно к дисковому катоду с центральным отверстием 10 и дисковому электроду 13 анодного узла 12.

Для регистрации импульса напряжения накопительного конденсатора и емкости нагрузки использовались высоковольтные омические делители 21 и 22, соответственно, на основе сопротивлений типа ТВО-0,5 и ТВО-5 с коэффициентом деления 63. Полный ток в нагрузке контролировался магнитоиндукционным датчиком 23 с чувствительностью 0,375 кА/В, разрядный ток одного конденсатора контролировался шунтом 24 с чувствительностью 5 А/В, установленным между дисковым электродом 13 и одним из конденсаторов 19.

Электроразрядный источник излучения успешно прошел испытания в разных режимах с частотой следования до 35 Гц. В режиме с емкостью накопителя 20 нФ и нагрузкой с емкостью анодного узла 22 пФ при зарядном напряжении накопителя 25 кВ амплитуды импульсов напряжений на входе транспортирующей линии и емкости нагрузки практически одинаковые и составляют около 37 кВ. Амплитуда тока в линии 6,2 кА, амплитуда емкостного тока в керамическом капилляре около 50 А. При пробое разрядного промежутка на максимуме напряжения амплитуда тока в капилляре достигает 6,3 кА. В режиме с дополнительными конденсаторами емкостью 3,2 нФ амплитуда напряжения на нагрузке около 35 кВ, амплитуда разрядного тока в капилляре возрастает до 12,0 кА. Амплитуда импульса тока в линии сохраняется на уровне 6,2 кА.

Наиболее существенные результаты достигнуты в режиме с дополнительными конденсаторами и различной длиной разрядного промежутка.

На Фиг. 2 представлены выходные осциллограммы, снятые с каналов сбора сигналов с датчиков источника.

Заполнение керамического капилляра 19 осуществляется проточным газом в составе смеси Ar:He при давлении 0,75 мбар. Длина разрядного промежутка 30 мм.

Зарядное напряжение емкостного накопителя 6 составляет 30 кВ положительной полярности. После коммутации разрядника 5 происходит смена полярности и импульс напряжения через транспортирующую линию 7 с задержкой около 3 нс прикладывается к электродам емкости нагрузки 9, в частности, керамического конденсатора 19.

Емкость нагрузки заряжается импульсом напряжения 25 за время около 50 нс до 31,5 кВ. Измерение выполнено высоковольтным омическим делителем напряжения 22. Резкое снижение сигнала 25 напряжения на уровне максимума соответствует пробою газового канала в капилляре 15 и появлению импульса основного тока разряда 26 амплитудой около 15 кА с длительностью фронта около 20 нс. Ток регистрировался магнитоиндукционным датчиком 23, установленным в промежутке между дисковым катодом 10 и дисковым электродом 13.

На вставке показан импульсный ток предионизации 27 газового канала в капилляре, который формируется в процессе заряда емкости нагрузки. Амплитуда импульса тока предионизации составляет около 1 кА при длительности порядка 20 нс.

Проведены испытания при разных зазорах разрядного промежутка в капилляре в диапазоне от 20 до 80 мм путем изменения длины трубчатого катода 20, через который продувался газ. При зарядном напряжении емкостного накопителя около 23 кВ амплитуда разрядного тока в газе для зазора 80 мм составляет около 7,2 кА и возрастает до 12,4 кА с сокращением зазора до 20 мм. Длительность фронта остается практический одинаковой для всех зазоров и составляет порядка 22 нс.

На Фиг. 3 представлены спектры излучения Ar при давлении 1,3 мбар для разных длин разрядного промежутка.

Эксперименты показали, что интенсивность линий 28 аргона Ar - VIII (15,9 нм) растет при увеличении зазора, достигая максимума при 50 мм, далее интенсивность линий аргона падает. Зарегистрирована линия 29 иона кислорода 15,06 нм, что вызвано абляцией керамики и примесями в газе. Спектр 30 является спектром пропускания рентгеновского фильтра, состоящего из композиции Ti/Si, он позволяет выделить диапазон излучения от 12 до 19 нм, что и было продемонстрировано в эксперименте. Для регистрации спектра излучения использовался компактный ВУФ спектрометр скользящего падения GIS-2 с П3С детектором.

Транспортирующая линия в составе четырех высоковольтных полосковых линий с малым волновым сопротивлением позволяет практически без задержки выполнить зарядку емкости нагрузки от емкостного накопителя до амплитуды напряжения, превышающей на 24…48 % величину зарядного напряжения емкостного накопителя, в зависимости от соотношения емкостей накопителя и нагрузки. При этом достигается максимальная амплитуда тока в контуре импульсной зарядки емкости нагрузки, чем обеспечивается стабильность в работе разрядника и источника в целом, что является важным условием для работы в частотном режиме, в предлагаемом решении до 35 Гц. Длительность времени зарядки емкости нагрузки для разрядных промежутков не превышает 50 нс.

На основании представленных результатов подтверждается эффективность работы электроразрядного источника излучения.

Электроразрядный источник излучения, включающий высоковольтный источник напряжения, газовую систему, разрядник, соединенный последовательно с емкостным накопителем, транспортирующей линией, нагрузкой в составе соосно расположенных дискового катода с центральным отверстием, дискового изолятора, анодного узла с керамическим капилляром, а также камеру с газовым выводом, отличающийся тем, что транспортирующая линия выполнена соединенными параллельно высоковольтными полосковыми линиями.