Критрон - Википедия - Krytron

Для лампы СВЧ / радиоусилителя см. Клистрона. Для криоэлектрического выключателя см. Криотрон. Для химического элемента см. Криптон.
Трубка переключателя КН2 "Критрон", пр. ЯЙЦО (около 25 мм в высоту)[1]

В Критрон это с холодным катодом газонаполненная трубка предназначен для использования в качестве высокоскоростного выключатель, несколько похожий на тиратрон. Он состоит из герметичной стеклянной трубки с четырьмя электроды. Небольшой запускающий импульс на сетка электрод включает трубку, позволяя протекать сильному току между катод и анод электроды. Вакуумная версия называется вакуумный Критрон, или же спритрон. Критрон был одной из самых ранних разработок Корпорация EG&G.

Описание

В отличие от большинства других газовых переключающих трубок, Krytron проводит через дуговая разрядка, чтобы работать с очень высокими напряжениями и токами (достигающими нескольких киловольт и нескольких килоампер), а не с малоточными тлеющий разряд используется в других тиратроны. Критрон является развитием срабатывающие искровые разрядники и тиратроны изначально разработан для радар передатчики во время Вторая Мировая Война.

В критронах используется газ водород;[2] благородные газы (обычно криптон ) или Смесь пеннинга также можно использовать.[3]

Операция

Схема Krytron

У Критрона четыре электроды. Два - обычные анод и катод. Один из них - это поддерживающий электрод, расположенный близко к катоду. К блоку поддержания активности приложено низкое положительное напряжение, которое вызывает ионизацию небольшой области газа возле катода. На анод подается высокое напряжение, но первичная проводимость не возникает до тех пор, пока на пусковой электрод не будет подан положительный импульс («Сетка» на изображении выше). После запуска дуга проводит значительный ток.

Четвертый - это управляющая сетка, обычно обернутая вокруг анода, за исключением небольшого отверстия на его вершине.[4]

Вместо или в дополнение к поддерживающему электроду некоторые критроны могут содержать очень небольшое количество радиоактивного материала (обычно менее 5 микрокюри (180 кБк ) из никель-63 ), который излучает бета-частицы (высокоскоростной электроны ) сделать ионизация Полегче. Источник излучения служит для повышения надежности зажигания и формирования разряда поддерживающего электрода.

Заполнение газом обеспечивает ионами для нейтрализации космический заряд и допускает высокие токи при более низком напряжении.[4] Поддерживающий разряд заполняет газ ионами, образуя предионизированную плазму; это может сократить время образования дуги на 3–4 порядка по сравнению с трубками без предварительной ионизации, так как не нужно тратить время на ионизацию среды во время формирования дугового тракта.[5]

Электрическая дуга самоподдерживающаяся; Как только трубка срабатывает, она проводит до тех пор, пока дуга не прерывается слишком низким слишком низким током (менее 10 миллиампер в течение более 100 микросекунд для krytron KN22).[2]

Критроны и спритроны запускаются высоким напряжением от конденсатор разряд через курок трансформатор, Аналогичным образом вспышки например, для фотовспышка приложения запускаются. Доступны устройства, объединяющие критрон с пусковым трансформатором.[5]

Sprytron

А спритрон, также известный как вакуумный Критрон или же срабатывающий вакуумный переключатель (TVS), является вакуумной, а не газонаполненной версией. Он разработан для использования в средах с высоким уровнем ионизирующего излучения, который может ложно вызвать газонаполненный критрон. Он также более устойчив к электромагнитным помехам, чем газонаполненные трубки.

Спритроны не имеют электрода поддержки активности и радиоактивного источника предыонизации. Импульс запуска должен быть сильнее, чем у критрона. Спритроны способны выдерживать более высокие токи; Критроны, как правило, используются для запуска вторичного переключателя, например, срабатывающий искровой разрядник, а спритроны обычно подключаются непосредственно к нагрузке.

Импульс триггера должен быть намного более интенсивным, так как нет предыонизированного газового тракта для электрического тока, и вакуумная дуга должен образоваться между катодом и анодом. Сначала возникает дуга между катодом и сеткой, затем происходит пробой между проводящей областью катод-сетка и анодом.[5]

Спритроны эвакуируются в жесткий вакуум, обычно 0,001 Па. В качестве ковар и другие металлы в некоторой степени проницаемы для водорода, особенно при 600 ° C запекание перед вакуумированием и герметизацией все внешние металлические поверхности должны быть покрыты толстым (25 мкм и более) слоем мягкого золото. Такая же металлизация используется и для других трубок переключателей.[6]

Спритроны часто проектируются аналогично тригатроны, с пусковым электродом, коаксиальным катоду. В одной конструкции пусковой электрод выполнен в виде металлизации на внутренней поверхности глинозем трубка. Триггерный импульс вызывает поверхностный перекрытие, который высвобождает электроны и испаренный материал поверхностного разряда в межэлектродный зазор, что способствует образованию вакуумная дуга, замыкая переключатель. Короткое время переключения предполагает наличие электронов из триггерного разряда и соответствующего вторичные электроны сбит с анода как начало операции переключения; испаренный материал проходит через зазор слишком медленно, чтобы играть важную роль. Повторяемость срабатывания может быть улучшена за счет специального покрытия поверхности между пусковым электродом и катодом, а дрожь могут быть улучшены путем легирования триггерной подложки и модификации структур триггерного зонда. Спритроны могут ухудшаться при хранении дегазация от их компонентов, диффузия газов (особенно водорода) через металлические компоненты и утечки газа через герметичные уплотнения; Пример трубки, изготовленной с внутренним давлением 0,001 Па, будет демонстрировать самопроизвольные разрывы зазора, когда давление внутри поднимается до 1 Па. Ускоренное испытание срока хранения может быть выполнено путем хранения при повышенном давлении окружающей среды, необязательно с добавлением гелия, для проверки на герметичность и увеличении температура хранения (150 ° C) для испытаний на дегазацию. Спритроны могут быть миниатюрными и прочными.[7]

Спритроны также могут запускаться лазер пульс. В 1999 году энергия лазерного импульса, необходимая для запуска спритрона, была уменьшена до 10 микроджоулей.[8]

Спритроны обычно изготавливаются из прочного металла /керамика части. Обычно у них низкий индуктивность (10 наноГенри ) и низкое электрическое сопротивление при включении (10–30 мил.Ом ). После срабатывания, непосредственно перед тем, как спритрон полностью включится в лавинном режиме, он на короткое время становится слабопроводящим (100–200 ампер); высокое напряжение МОП-транзистор транзисторы, работающие в лавинном режиме, демонстрируют аналогичное поведение. СПЕЦИЯ доступны модели для спритронов.[9]

Спектакль

Эта конструкция, датируемая концом 1940-х годов, по-прежнему способна работать в импульсном режиме, что даже самые передовые полупроводники (даже БТИЗ ) не может легко соответствовать. Критроны и спритроны способны обрабатывать сильноточные импульсы высокого напряжения с очень коротким временем переключения и постоянным малым током. дрожь время задержки между подачей триггерного импульса и включением.

Krytrons могут переключать токи примерно до 3000 ампер и напряжения примерно до 5000 вольт. Может быть достигнуто время коммутации менее 1 наносекунды с задержкой между приложением запускающего импульса и переключением всего около 30 наносекунд. Достижимый дрожь может быть меньше 5 наносекунд. Требуемое напряжение пускового импульса составляет около 200–2000 вольт; более высокие напряжения в некоторой степени уменьшают задержку переключения. Время коммутации можно несколько сократить, увеличив время нарастания импульса запуска. Данная критронная лампа будет давать очень стабильные характеристики при идентичных импульсах запуска (низкий джиттер).[5] Поддерживающий ток составляет от десятков до сотен микроампер. Частота повторения импульсов может составлять от одного до десятков тысяч в минуту.[4]

Характеристики переключения в значительной степени не зависят от окружающей среды (температура, ускорение, вибрация и т. Д.). Однако образование поддерживающего тлеющего разряда более чувствительно, что требует использования радиоактивного источника для облегчения его зажигания.

Критроны имеют ограниченный срок службы, варьирующийся в зависимости от типа, обычно от десятков тысяч до десятков миллионов переключений, а иногда всего несколько сотен.[4][5]

Спритроны имеют несколько более быстрое время переключения, чем критроны.

Заполненные водородом тиратроны могут использоваться в качестве замены в некоторых приложениях.

Приложения

Критроны и их разновидности производятся Перкин-Элмер Компоненты и используются в различных промышленных и военных устройствах. Они наиболее известны своим использованием при зажигании взрывной мост и ударные детонаторы в ядерное оружие, их исходное приложение, либо напрямую (для этого обычно используются спритроны), либо путем запуска более мощного разрядник переключатели. Они также используются для запуска тиратроны, большой фонари в копировальные аппараты, лазеры и научная аппаратура, а также зажигательные устройства для промышленных взрывчатка.

Ограничения на экспорт в США

Поскольку они могут быть использованы в качестве пусковых механизмов ядерного оружия, экспорт критронов ограничен. регулируемый В Соединенных Штатах. Ряд дел с участием контрабанда или сообщалось о попытках контрабанды критронов, поскольку страны, стремящиеся разработать ядерное оружие, пытались закупить поставки критронов для зажигания своего оружия. Одним из ярких случаев был случай Ричард Келли Смит, который якобы помог Арнон Милчан доставить контрабандой 15 заказов на 810 критронов в Израиль в начале 1980-х годов.[10] 469 из них были возвращены в Америку, а Израиль заявил, что оставшиеся 341 были «уничтожены при испытаниях».[10]

Критроны и спритроны, работающие с напряжениями 2500 В и выше, токами 100 А и выше и задержками переключения менее 10 микросекунд, обычно подходят для триггеров ядерного оружия.[11]

В популярной культуре

Критрон был "MacGuffin "в фильме Романа Полански 1988 г. Неистовый. Устройство в фильме было либо высокотехнологичной обновленной версией, либо просто вымышленной версией, составленной по сюжету.

Критрон, ошибочно названный «Критоном», также появился в Том Клэнси роман о ядерном терроризме Сумма всех страхов.

Сюжет о Ларри Коллинз ' книга Дорога к Армагедону в значительной степени вращались вокруг критронов американского производства, которые иранские муллы хотели получить для трех российских ядерных артиллерийских снарядов, которые они надеялись модернизировать до полноценного ядерного оружия.[12]

Термин «krytron» появился в 3 сезоне, эпизоде ​​14 (Provenance) телевизионной драмы. Заинтересованное лицо.

В 3 сезоне NCIS В эпизоде ​​«Убить Ари, часть 2» выяснилось, что Ари Хасвари, нечестивый оперативник Моссада, получил задание заполучить критронный триггер. Наряду с украденным плутонием из Димоны, это были ключевые компоненты израильской спецоперации. Критрон также ошибочно называли «критоном».

Дальнейшие разработки

Твердотельные переключатели с оптическим срабатыванием алмаз являются потенциальным кандидатом на замену Krytron.[13]

Примечания

  1. ^ "Krytrons - Технический паспорт трубки переключателя с холодным катодом K5500B-1" (PDF). EG&G Electro-Optics Division, Салем, Массачусетс, США. Сентябрь 1973 г.. Получено 11 сентября 2016.
  2. ^ а б «Захват малой энергии в ионную ловушку» Гарвардский доктор философии Диссертация Сян Фэя (защищена 10 мая 1990 г.), Глава 4
  3. ^ Silicon Investigations Импульсное переключение мощности и страница замены трубки EG&G Krytron. Siliconinvestigations.com (22 февраля 2010 г.). Проверено 5 июня 2010.
  4. ^ а б c d Информация Krytron о Трубный коллектор сайт
  5. ^ а б c d е Устройства импульсной коммутации мощности. Electricstuff.co.uk. Проверено 5 июня 2010.
  6. ^ Оценка процесса нецианидного золотого покрытия для импульсных трубок, Отчет Sandia, 1996 г.
  7. ^ [1][постоянная мертвая ссылка ], Миниатюрные вакуумные выключатели с триггером для точного включения нечувствительных нагрузок в сложных условиях, e2v 2012
  8. ^ Управление запасами и управление ими? Ядерные силы США. Globalsecurity.org. Проверено 5 июня 2010.
  9. ^ Информационный мост: Научно-техническая информация Министерства энергетики - при поддержке OSTI. Osti.gov (28 мая 2010 г.). Проверено 5 июня 2010.
  10. ^ а б «Ядерное оружие Израиля». fas.org.
  11. ^ Технологии, лежащие в основе оружия массового поражения ДИАНА Паблишинг ISBN  1-4289-2110-9
  12. ^ Ларри Коллинз. Дорога к Армагедону. Новое тысячелетие. 2003 г. ISBN  1-932407-09-X
  13. ^ CVD Diamond для электронных устройств и датчиков Рикардо С. Суссманн, стр. 285 Джон Вили и сыновья, 2009 г. ISBN  0-470-06532-X

Рекомендации

  • Каталог электронных компонентов EG&G, 1994.

CBS / Хитрон второстепенный источник документация:

внешняя ссылка