4-48 高功率、高重复频率气体火花开关实验

罗 敏 常安碧 赵殿林 甘延青 张永辉 刘 忠 雒成银 安海狮

　　在重复频率的窄带高功率微波源中，重复频率气体火花开关是关键部件之一，其工作特点是工作电压高（MV级）和重复频率高（100Hz），而以往的重复频率气体开关一般电压低、工作频率较低。通过提高气体火花开关的电压工作范围，使其在低欠压比方式下工作，可以提高开关的工作频率。因此，寻找提高这种开关电压工作范围的途径就显得尤为重要。另外，触发方式对开关重复工作性能影响如何？能否采用更简单的自触发开关来实现？以上这些问题都需要深入研究来回答。为此，以“SINUS-700”加速器为实验平台，优化设计了开关电极结构，开展了高电压、高重复频率的吹气式触发针型三电极气体开关初步实验研究,取得了一些有意义的结果。

　　实验研究发现，在相同的触发条件下，开关的电压工作范围随气压升高而增大，如图1所示。增大开关电压工作范围，使开关低欠压比工作，可以减少绝缘恢复时间,从而提高工作频率。因此，增加气压可能对提高开关工作频率有利。开关外触发放电时，电极表面放电弧坑集中在f 40mm的区域内，处于气流通道中。而自触发放电时，电极表面放电弧坑散布在f 120mm的较大区域，有一些放电通道已处于气流通道以外，这显然不利于开关的重复工作。由此可见，触发等离子体对主放电等离子体发生区域有控制作用。

　　图2为开关在自触发和外触发两种工作方式下250次放电的击穿电压分布统计直方图。图中横坐标为工作电压，纵坐标为一定电压间隔内的放电次数。可见，与自触发方式相比，外触发方式开关电压分散性小得多。这可以从两种工作方式下放电区域的差异得到解释。由上可知，当开关处于外触发工作方式时，放电等离子体将各次放电控制在较小的区域内，这意味着各次放电pd值（p为气压，d为放电通道长度）变化较小；而由巴申定律，击穿电压值决定于pd值，因此此时开关击穿电压分散性更小。

　　经过反复实验和改进，目前开关实现的最大工作参数为电压750kV，电流峰值约9.3kA，频率100Hz。实验中还发现，开关在50Hz工作时相当稳定，而频率升到100Hz时，稳定性变差，出现一定的误触发率。