ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭКРАН

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, С_{паразит} - емкость, образованная экраном, заряженная до напряжения U_пит, i₁ - ток пробоя ограниченный R_огр, i₂ - ток разряда паразитной емкости, i₃ - суммарный ток пробоя.

где R_огр - ограничительный резистор;

R_см - резистор смещения;

U_пит - 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 (U_пит - напряжение питания трубки).

Емкость С_{паразит}, образованная цилиндрическим экраном из алюминиевого сплава относительно корпуса прибора, достигает величин порядка 100-200 пФ. При высоких напряжениях U_пит емкость С_{паразит} 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 R_экрана цилиндрических электростатических экранов в приборах с нейтронными трубками лежат в пределах от 2 до 5 мОм. Верхний предел сопротивления R_экрана цилиндрических электростатических экранов составляет единицы гОм.