Крайтрон является холодным катодом газонаполненных трубок предназначена для использования в качестве очень высокой скорости переключателя , несколько похожего на тиратрон . Он состоит из герметичной стеклянной трубки с четырьмя электродами . Небольшой запускающий импульс на сеточном электроде включает трубку, позволяя протекать сильному току между катодным и анодным электродами. Вакуумный вариант называется вакуумным критроном или спритроном . Критрон был одной из самых ранних разработок EG&G Corporation .
Описание [ править ]
В отличие от большинства других газовых переключающих трубок, критрон проводит ток посредством дугового разряда , чтобы выдерживать очень высокие напряжения и токи (достигающие нескольких киловольт и нескольких килоампер), а не слаботочный тлеющий разряд, используемый в других тиратронах . Krytron - это развитие искровых разрядников и тиратронов, первоначально разработанных для радиолокационных передатчиков во время Второй мировой войны .
Газ, используемый в критронах, - водород ; [2] также можно использовать благородные газы (обычно криптон ) или смесь Пеннинга . [3]
Операция [ править ]
Критрон имеет четыре электрода . Два из них - обычный 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 ) никеля-63 ), который испускает бета-частицы (высокоскоростные электроны ) в облегчить ионизацию . Источник излучения служит для повышения надежности зажигания и формирования разряда поддерживающего электрода.
Заполнение газом содержит ионы для нейтрализации объемного заряда и пропускания высоких токов 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 лампа 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]
Krytrons и sprytrons вызваны высоким напряжением из конденсатора разряда через триггер трансформатор , аналогичным образом flashtubes для например фотовспышки приложения запускается. Доступны устройства, объединяющие критрон с пусковым трансформатором. [5]
Sprytron [ править ]
Sprytron , также известный как вакуумный крайтрон или инициируемый вакуумный выключатель ( ТВС ), вакуум, а не газонаполненный, версия. Он разработан для использования в средах с высокими уровнями ионизирующего излучения , которое может ложно срабатывать 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 включения вторичного переключателя, например, срабатывающего искрового разрядника , тогда как спритроны обычно подключаются непосредственно к нагрузке.
Импульс запуска должен быть намного более интенсивным, поскольку для электрического тока нет предыонизированного газового тракта, и между катодом и анодом должна образовываться вакуумная дуга . Сначала возникает дуга между катодом и сеткой, затем происходит пробой между проводящей областью катод-сетка и анодом. [5]
Спритроны откачиваются до жесткого вакуума , обычно 0,001 Па . Как ковар и другие металлы являются несколько проницаемой для водорода, особенно при 600 ° C выпекать-аут до эвакуации и уплотнения все внешние металлические поверхности должны быть покрыты толстым (25 мкм или более) слоем мягкого золота . Такая же металлизация используется и для других трубок переключателей. [6]
Спритроны часто проектируются аналогично тригатронам с пусковым электродом, коаксиальным катоду. В одном исполнении пусковой электрод выполнен в виде металлизации на внутренней поверхности трубки из оксида алюминия . Пусковой импульс вызывает поверхностный пробой , который высвобождает электроны и испаренный материал поверхностного разряда в межэлектродный зазор, что способствует образованию вакуумной дуги , замыкающей переключатель. Короткое время переключения предполагает наличие электронов триггерного разряда и соответствующих вторичных электронов.сбит с анода как начало операции переключения; испаренный материал проходит через зазор слишком медленно, чтобы играть важную роль. Воспроизводимость срабатывания триггера может быть улучшена за счет специального покрытия поверхности между пусковым электродом и катодом, а дрожание может быть улучшено путем легирования триггерной подложки и модификации структур триггерного зонда. Sprytrons может ухудшить при хранении, по газовыделения из их компонентов, диффузии газов (особенно водород) через металлические компоненты, а также утечки газа через герметичных уплотнений; 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 лазерным импульсом. В 1999 году энергия лазерного импульса, необходимая для запуска спритрона, была уменьшена до 10 микроджоулей. [8]
Спритроны обычно изготавливаются в виде прочных металлических / керамических деталей. Как правило , они имеют низкую индуктивность (10 нано генри ) и низкое электрическое сопротивление при включении (10-30 милли Ом ). После срабатывания, непосредственно перед тем, как спритрон полностью включится в лавинном режиме, он на короткое время становится слабопроводящим (100–200 ампер); Аналогичное поведение демонстрируют мощные полевые МОП- транзисторы, работающие в лавинном режиме. Доступны модели SPICE для спритронов. [9]
Производительность [ править ]
Эта конструкция, датируемая концом 1940-х годов, по-прежнему способна работать в импульсном режиме, с которыми не могут легко сравниться даже самые современные полупроводники (даже IGBT ). Критроны и спритроны способны обрабатывать сильноточные импульсы высокого напряжения с очень коротким временем переключения и постоянной временной задержкой с малым дрожанием между подачей импульса запуска и включением.
Krytrons могут переключать токи до 3000 ампер и напряжения до 5000 вольт. Может быть достигнуто время коммутации менее 1 наносекунды с задержкой между приложением запускающего импульса и переключением всего около 30 наносекунд. Достижимый джиттер может быть менее 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 дает очень стабильные характеристики для идентичных импульсов 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 операций переключения, 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 [ править ]
Krytron и их разновидности производятся Perkin-Elmer Components и используются во множестве промышленных и военных устройств. Они лучше всего известны за их использование в зажигая взрывающийся-bridgewire и Slapper детонаторов в ядерном оружии , их исходное приложение, либо непосредственно (sprytrons, как правило , используется для этого) или вызвав выше мощности искрового разрядника переключателей. Они также используются для запуска тиратронов , больших импульсных ламп в копировальных аппаратах , лазерах и научной аппаратуре, а также для зажигания воспламенителей промышленных взрывчатых веществ .
Ограничения на экспорт в США [ править ]
Из-за того, что они могут быть использованы в качестве пусковых механизмов ядерного оружия, экспорт критронов жестко регулируется в Соединенных Штатах. Сообщалось о ряде случаев, связанных с контрабандой или попытками контрабанды критронов, поскольку страны, стремящиеся разработать ядерное оружие, пытались обеспечить поставки критронов для воспламенения своего оружия. Один известный случай произошел Ричард Келли Смит , который якобы помог Арнон МИЛЧЕН переправить 15 заказов 810 krytrons всего в Израиль в начале 1980 - х годов. [10] 469 из них были возвращены в Америку, а Израиль заявил, что оставшиеся 341 были «уничтожены в ходе испытаний». [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 [ править ]
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 превратить в полноценное ядерное оружие. [12]
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 спусковой механизм. Наряду с украденным плутонием из Димоны, это были ключевые компоненты израильской спецоперации. Критрон также ошибочно называли «критоном».
Дальнейшее развитие [ править ]
Твердотельные переключатели на основе алмаза с оптическим срабатыванием являются потенциальным кандидатом на замену Критрона. [13]
Примечания [ править ]
- ^ " Krytrons - Технический паспорт трубки переключателя с холодным катодом K5500B-1 " (PDF) . EG&G Electro-Optics Division, Салем, Массачусетс, США. Сентябрь 1973 . Проверено 11 сентября 2016 года .
- ^ a b «Захват низкой энергии в ионной ловушке», доктор философии Гарварда. Диссертация Сян Фэя (защищена 10 мая 1990 г.), Глава 4
- ^ Silicon Investigations Pulse Power Switching & EG&G Krytron Tube Replacement Page . Siliconinvestigations.com (22 февраля 2010 г.). Проверено 5 июня 2010.
- ^ a b c d Информация Krytron на сайте Tube Collector
- ^ a b c d e Импульсные коммутационные устройства . Electricstuff.co.uk. Проверено 5 июня 2010.
- ^ Оценка процесса нецианидного золотого покрытия для импульсных трубок , Sandia Report, 1996
- ^ [1] [ постоянная мертвая ссылка ] , Миниатюрные вакуумные переключатели с триггером для точного включения нечувствительных нагрузок в сложных условиях, e2v 2012
- ^ Управление запасами и управление? Ядерные силы США . Globalsecurity.org. Проверено 5 июня 2010.
- ^ Информационный мост: Научно-техническая информация Министерства энергетики - при поддержке OSTI . Osti.gov (28 мая 2010 г.). Проверено 5 июня 2010.
- ^ a b «Ядерное оружие Израиля» . fas.org .
- ^ Технологии, лежащие в основе оружия массового уничтожения DIANE Publishing ISBN 1-4289-2110-9
- ^ Ларри Коллинз. Дорога к Армагедону . Новое тысячелетие. 2003. ISBN 1-932407-09-X.
- ^ CVD Diamond для электронных устройств и датчиков Рикардо С. Суссманн, стр. 285 Джон Вили и сыновья, 2009 ISBN 0-470-06532-X
Ссылки [ править ]
- Каталог электронных компонентов EG&G, 1994.
Вторая исходная документация CBS / Hytron :
- Спецификации " Krytron Trigger Tubes " E-337 , E-337A-1 , E-337A-2
- Технический паспорт " 7229 Trigger Tube с холодным катодом " E287B
- Спецификация " 7230 Надежная триггерная трубка с холодным катодом " E287C
- « 7231 Субминиатюрный с холодным катодом Триггер пробки » паспорт E287D
- Спецификация " 7232 Надежная сверхминиатюрная триггерная трубка с холодным катодом " E287E
Внешние ссылки [ править ]
- Статья Джона Пэсли о газонаполненных переключателях, раздел Krytron
- Фото маленького стеклянного кристалла
- 40 месяцев приговора нелегальному экспортеру [ постоянная мертвая ссылка ] (хотя приговор определенно был связан с подробностями о «беглеце») [ мертвая ссылка ]
