Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про крайтрон, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое крайтрон, спрайтрон, газонаполненная лампа с холодным катодом , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Радиолампы и ионные приборы.
В отличие от большинства других газоразрядных приборов, крайтроны используют дуговой разряд для управления очень большими токами и напряжениями (несколько кВ и несколько кА в импульсе), гораздо больше, чем обычный слаботочный тлеющий разряд. Крайтрон — комбинация управляемых искровых разрядников и тиратронов, изначально разработанная для передатчиков радаров во время Второй мировой войны.
Крайтроны – это ионные (газоразрядные) малогабаритные электронные лампы с холодным катодом, которые применяют в качестве управляемых разрядников, имеющие четыре вывода – анод, катод, управляющую сетку и вывод предварительного зажигания (поанглийски keep-alive). Стеклянные, металлостеклянные или металлокерамические корпуса крайтронов заполняют газом (обычно криптон) под низким давлением примерно от 50 до 1000 кН / м2. Конструкция крайтронов похожа на конструкцию тиратронов, а особенность заключена в наличии электрода предварительного зажигания, который размещают рядом с катодом. На вывод предварительного зажигания всѐ время подают постоянное напряжение, величиной примерно от 0,4 кВ до 5 кВ, для начальной ионизации промежутка между этим выводом и катодом крайтрона. При этом ток через вывод предварительного зажигания не велик и составляет ориентировочно от 50 мкА (для крайтронов KN-2, KN-6, KN-6B, KN-9) до 0,3 мА (для крайтрона KN-22). Между выводами анодкатод крайтрона прикладывают постоянное напряжение примерно от 200 В до нескольких киловольт. Ток через электроды анод-катод не потечѐт до тех пор, пока на сетку не будет подан отпирающий сигнал, который приводит к триггерному включению крайтрона, а управлять величиной тока анода, меняя величину отпирающего напряжения, не выйдет. При подаче отпирающего напряжения, которое получают, например, со специального импульсного трансформатора, величиной примерно 750 В крайтрон чрезвычайно быстро – обычно менее чем за 30 нс – переходит в открытое состояние, что гораздо быстрее (на 3 … 5 порядков), чем тиратроны, и это легко объяснить наличием предварительной ионизации. Увеличив отпирающее напряжение сетки примерно до 2 кВ (если это разрешено техническими характеристиками), получим меньшую длительность включения крайтрона, которая может составить ориентировочно 5 нс. Максимальный ток анод-катод крайтронов марки KN-6 достигает 3 кА, а крайтронов марки KN-22 – лишь 100 А. Крайтроны обычно коммутируют нагрузку с частотой до 50 Гц, а для увеличения максимально допустимой частоты применяют многоотсековые крайтроны. Чтобы выключить крайтрон, необходимо либо уменьшить напряжение между анодом и катодом ниже определѐнного уровня, либо полностью снять это напряжение. Внутри некоторых крайтронов (для аппаратуры военного назначения), между электродами предварительного зажигания и катодами, закрепляют радиоактивный материал, обычно Ni-63, который служит для дополнительной ионизации, что увеличивает и без того очень высокую надѐжность крайтронов. Часто этот радиоактивный материал (источник β-излучения) монтируют прямо на нерабочий участок электрода предварительного зажигания. Однако число циклов включений и отключений таких крайтронов обычно не велико и составляет всего несколько сотен (крайтроны в системах детонации ядерных зарядов срабатывают лишь один раз). В то же время число циклов включений и отключений крайтронов, используемых в копировальных аппаратах, может составлять до 107 раз. Крайтроны используют в системах детонации ядерного оружия (это их изначальное применение), для включения мощных оптических излучателей, а также в некоторых ракетах и пр. Крайтроны в импульсе способны коммутировать мощность до 7 МВт и даже больше. Современные полупроводниковые приборы – MOSFET и, особенно, IGBT не могут так же быстро, как крайтроны, коммутировать столь большую мощность.
Крайтрон имеет 4 электрода: анод, катод, сетку и «предзажигание» («Keep-alive» на рисунке). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Электрод предзажигания расположен рядом с катодом; к нему прикладывается небольшое положительное напряжение так, что область газа рядом с катодом оказывается ионизированной. Высокое коммутируемое напряжение прикладывается к аноду, но разряда не происходит, пока на сетку («Grid» на рисунке) не подан положительный импульс. Начавшись, дуговой разряд создает значительный ток между катодом и анодом. Вместо или в дополнение к электроду предзажигания для облегчения ионизации некоторые крайтроны могут содержать небольшое количествоβ+-радиоактивного материала (обычно никеля-63). Радиоактивность крайтронов очень мала и не опасна для здоровья.
Крайтрон, разработанный еще во второй половине 1940-х годов по ряду параметров все еще имеет лучшие импульсные характеристики, чем современные полупроводниковые приборы. А вакуумная разновидность прибора (en:Sprytron (англ.)) работает даже при высоком уровне радиации, при котором газонаполненный крайтрон мог бы самопроизвольно включиться, а полупроводниковые приборы вообще работают неправильно.
Тлеющий разряд возникает сначала между катодом и вспомогательным анодом, а затем после появления плазмы формируется основной разряд между катодом и положительным анодом, если на сетку подан положительный импульс напряжения.
В качестве газа-наполнителя у крайтронов используется гелий . Хотя гелий как легкий газ по скорости поглощения занимает первое место среди инертных газов, но у него больше и скорость выделения газа. При этом распыляемость катода при гелии меньше, чем в средах других газов. Начальное давление гелия, определяемое, с одной стороны, приемлемым уровнем напряжения зажигания и горения разряда, а с другой — приемлемой долговечностью, нормируемой числом пропускаемых прибором до исчезновения зажигания разряда импульсов анодного тока, выбирается в пределах 900…1300 Па (7 …10 мм рт.ст.).
Скорость поглощения газа и интенсивность распыления катода зависят от:
Sprytron, также известный как vacuum krytron или gered vacuum switch (TVS), является вакуумной, а не газонаполненной версией. Он предназначен для использования в средах с высоким уровнем ионизирующего излучения, которое может загонять заполненный газом крытрон. Это также более непревзойденное к электромагнетической интерференции, чем газонаполненные трубы.
Спрайтронам не хватает keepalive electrode и onization радиоактивного источника. Пульс генератора должен быть прядильным, чем для крытрона. Спрайтроны способны обрабатывать более высокие токи, крытроны имеют тенденцию использоваться для наведения вторичного переключателя, например, искрового зазора, в то время как спиритроны обычно подключаются непосредственно к нагрузке.
Пульс газогенератора должен быть намного более интенсивным, так как для электрического тока нет пути онизированного газа, и между катодом и анодом должна образоваться вакуумная дуга. Между катодом и сеткой сначала образуется дуга, затем происходит разрыв между проводящей областью катоды и анодом.
Спрайтроны выталкиваются в твердый вакуум, обычно 0,001 Па. Так как ковар и другие металлы когда-нибудь проницаемы для водорода, особенно во время выпечки при 600 ° C перед эвакуацией и герметизацией, все внешние металлические насадки должны быть покрыты тонким (25 мкм или более) слоем мягкого золота. Такая же дозировка используется и для других коммутационных трубок.
Спрайтроны часто сконструированы аналогично атронам, с ger electrode коаксиально катходу. В одном варианте осуществления изобретения ger electrode формируют в виде металлизации на внутренней поверхности алюминиевой трубки. Пульс газопоглощающего устройства вызывает поверхностный испаритель, который высвобождает в межэлектродный зазор элапоризованный материал поверхностного рассеивания, что способствует образованию вакуумной дуги, закрывая переключатель. Короткое время переключения указывает на то, что в качестве начала операции переключения используются электроны из щели и соответствующие вторичные элекроны из анода; вапоризованный материал слишком медленно проходит через зазор, чтобы играть значительную роль. Повторяемость затвердевания может быть улучшена за счет специального покрытия поверхности между гетером и катодом, а дрожание может быть улучшено за счет опрокидывания подстилающего слоя и придания структуры баллончика. Спрайтроны могут дегазировать при хранении, путем удаления газов из их компонентов, диффузии газов (особенно водорода) через металлические компоненты, и утечки газа через герметические герметики; пример трубки, с внутренним давлением 0,001 Pa, будет демонстрировать спонтанные разрывы зазора, когда давление внутри риса до 1 Pa. Ускоренное испытание срока хранения может быть выполнено путем хранения в повышенном давлении, опционально с добавлением гелия, для испытания k, и хранения при повышенной температуре (150 ° C) для испытания на износ. Sprytron можно сделать miniized и ged.
Спрайтроны также могут быть заделаны лазерным импульсом. В 1999 году энергия импульса лазера, необходимая для спритрона, сократилась до 10 микротруд.
Спрайтроны обычно подвергают обработке в виде металлических/керамических деталей. Обычно они имеют низкую индуктивность (10 наноген) и низкое электрическое сопротивление при включении (10-30 Ом). После gering непосредственно перед полным включением спритрона в лавинном режиме он слегка становится проводящим (100 - 200 ампер); высоковольтные МОП-переходы, работающие в лавинном режиме, демонстрируют аналогичное поведение. Доступны модели SPICE для спрайтронов.
Крайтроны и их модификации все еще производятся фирмой «Perkin-Elmer Components» и используются в разнообразных промышленных и военных устройствах. Больше всего известно их использование для управления детонаторами в ядерном оружии (en:exploding-bridgewire detonator и en:slapper detonator, это их изначальное применение) непосредственно или под управлением мощных искровых разрядников. Они также используются для включения мощных ксеноновых ламп в копировальных аппаратах, лазерах и для управления электродетонаторами в промышленной пиротехнике.
К достоинствам крайтронов причисляют: высокое быстродействие,
К недостаткам крайтронов нужно отнести, прежде всего, вероятность самопроизвольного срабатывания в условиях высокой радиации.
В условиях высокой проникающей радиации успешно работают спрайтроны, которые похожи на крайтроны, но в отличие от них не имеют выводов предварительного зажигания. При производстве из спрайтронов тщательно откачивают воздух, получая глубокий вакуум, что также относим к отличиям. Расстояние между анодом и катодом в колбе должно быть больше, чем необходимо для возникновения разряда и самопроизвольного включения спрайтрона. Напряжение, которое подают на сетку спрайтрона, более высоко, чем необходимо для включения крайтрона. Подав напряжение на сетку спрайтрона, его переводят в открытое состояние: возникают свободные электроны и между анодом и катодом возникает электрическая дуга, отчего материалы электродов частично испаряются и вещества, из которых они состоят, участвуют в поддержании спрайтрона включѐнным. Спрайтроны используют для детонации ядерных боезарядов в условиях высокой радиации. В данной области полупроводниковые приборы не могут представлять сколь либо существенную альтернативу спрайтронам, так как не только проигрывают в быстродействии при коммутации мощности в несколько мегаватт, но и в условиях радиации чрезвычайно быстро выходят из строя.
По причине возможности использования крайтронов в схемах управления подрывом ядерного оружия были введены экспортные ограничения, их вывоз из США строго контролируется. Известны случаи контрабанды или попыток контрабанды крайтронов в страны, разрабатывающие ядерное оружие и ищущие источники снабжения крайтронами для управления создаваемым вооружением.
Крайтрон и охота за ним фигурируют в фильме 1988 года Романа Полански «Неистовый» («Frantic»).
Критрон был « МакГаффином » в фильме Романа Полански 1988 года « Неистовый» . Устройство в фильме было либо высокотехнологичной обновленной версией, либо просто вымышленной версией, составленной по сюжету.
Критрон, ошибочно названный «криптоном», также появился в романе Тома Клэнси о ядерном терроризме «Сумма всех страхов» .
Сюжет книги Ларри Коллинза « Дорога к Армагедону» в значительной степени вращался вокруг критронов американского производства, которые иранские муллы хотели использовать для трех российских ядерных артиллерийских снарядов, которые они надеялись модернизировать до полноценного ядерного оружия.
Термин «krytron» появился в 3 сезоне, эпизоде 14 (Provenance) телевизионной драмы «Интересный человек» .
В третьем сезоне сериала NCIS «Убить Ари, часть 2» выяснилось, что Ари Хасвари, мошенник Моссада, получил задание заполучить критронный триггер. Наряду с украденным плутонием из Димоны, это были ключевые компоненты израильской спецоперации. Критрон также неправильно назывался «Критоном».
Твердотельные переключатели на основе алмаза с оптическим срабатыванием являются потенциальным кандидатом на замену Krytron.
Статью про крайтрон я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое крайтрон, спрайтрон, газонаполненная лампа с холодным катодом и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Радиолампы и ионные приборы
Комментарии
Оставить комментарий
Радиолампы и ионные приборы
Термины: Радиолампы и ионные приборы