Krytron - Krytron - Wikipedia

Informace o mikrovlnné / rádiové zesilovací trubici viz Klystron. Kryoelektrický spínač viz Kryotron. Chemický prvek viz Krypton.
Spínací trubice KN2 "Krytron", výrobce VEJCE (asi 25 mm vysoký)[1]

The krytron je studená katoda plynem naplněná trubice určené pro použití jako velmi vysoká rychlost přepínač, něco podobného tyratron. Skládá se z uzavřené skleněné trubice se čtyřmi elektrody. Malý spouštěcí puls na mřížka elektroda zapne trubici a nechá mezi ní protékat velký proud katoda a anoda elektrody. Vakuová verze se nazývá a vakuový krytronnebo sprytron. Krytron byl jedním z prvních vývojů v EG&G Corporation.

Popis

Na rozdíl od většiny ostatních spínacích trubek na plyn vede krytron pomocí obloukový výboj, zvládnout velmi vysoké napětí a proudy (dosahující několika kilovoltů a několik kiloampérů), spíše než slaboproudé žhavicí výboj použitý v jiných tyratrony. Krytron je vývoj spuštěné jiskřiště a tyratrony původně vyvinut pro radar vysílače během druhá světová válka.

Plyn používaný v krytronech je vodík;[2] vzácné plyny (obvykle krypton ), nebo a Penningová směs lze také použít.[3]

Úkon

Schéma Krytron

Krytron má čtyři elektrody. Dva jsou konvenční anoda a katoda. Jedním z nich je udržovací elektroda uspořádaná tak, aby byla blízko katody. Keep-alive má aplikované nízké kladné napětí, což způsobuje ionizaci malé oblasti plynu v blízkosti katody. Na anodu je přivedeno vysoké napětí, ale primární vedení nenastane, dokud není na spouštěcí elektrodu přiveden kladný impuls („Grid“ na obrázku výše). Po spuštění vede obloukové vedení značný proud.

Čtvrtý je řídicí mřížka, obvykle omotaná kolem anody, s výjimkou malého otvoru na její horní straně.[4]

Místo nebo navíc k udržovací elektrodě mohou některé krytrony obsahovat velmi malé množství radioaktivního materiálu (obvykle méně než 5 mikrocuries (180 kBq ) z nikl-63 ), který vydává beta částice (vysoká rychlost elektrony ) dělat ionizace jednodušší. Zdroj záření slouží ke zvýšení spolehlivosti zapálení a vzniku udržovacího výboje elektrody.

Plnění plynem poskytuje ionty pro neutralizaci vesmírný náboj a umožnění vysokých proudů při nižším napětí.[4] Udržovací výboj naplňuje plyn ionty a vytváří preionizovanou plazmu; to může zkrátit dobu vzniku oblouku o 3–4 řády ve srovnání s neproionizovanými trubicemi, protože při tvorbě dráhy oblouku není nutné věnovat čas ionizaci média.[5]

Elektrický oblouk je soběstačný; jakmile je trubice spuštěna, vede, dokud není oblouk přerušen příliš nízkým proudem klesajícím příliš dlouho (pod 10 miliampérů na více než 100 mikrosekund u krytronů KN22).[2]

Krytrony a sprytrony jsou spouštěny vysokým napětím z a kondenzátor výboj přes spoušť transformátor, podobným způsobem záblesky např. fotoblesk aplikace jsou spuštěny. K dispozici jsou zařízení integrující krytron se spouštěcím transformátorem.[5]

Sprytron

A sprytron, také známý jako vakuový krytron nebo aktivovaný vakuový spínač (TVS), je spíše vakuová než plynová verze. Je navržen pro použití v prostředích s vysokou úrovní ionizující radiace, což by mohlo spurně spustit kryton naplněný plynem. Je také odolnější vůči elektromagnetickému rušení než plynové trubice.

Sprytronům chybí udržovací elektroda a preionizační radioaktivní zdroj. Spouštěcí pulz musí být silnější než u krytronu. Sprytrony jsou schopné zvládnout vyšší proudy; krytrony mají tendenci být použity ke spuštění sekundárního spínače, např. a spuštěná jiskřiště, zatímco sprytrony jsou obvykle připojeny přímo k zátěži.

Spouštěcí pulz musí být mnohem intenzivnější, protože pro elektrický proud neexistuje preionizovaná dráha plynu, a vakuový oblouk se musí tvořit mezi katodou a anodou. Nejprve se vytvoří oblouk mezi katodou a mřížkou, poté dojde k rozbití mezi vodivou oblastí katody a mřížky a anodou.[5]

Sprytrony jsou evakuovány do tvrdé vakuum, obvykle 0,001 Pa. Tak jako kovar a další kovy jsou pro vodík poněkud propustné, zejména během 600 ° C pečení před evakuací a utěsněním musí být všechny vnější kovové povrchy pokryty silnou vrstvou (25 mikrometrů nebo více) měkké zlato. Stejná metalizace se používá i pro jiné spínací trubice.[6]

Sprytrony jsou často navrženy podobně jako trigatrony, přičemž spouštěcí elektroda je koaxiální s katodou. V jednom provedení je spouštěcí elektroda vytvořena jako metalizace na vnitřním povrchu oxid hlinitý trubka. Spouštěcí pulz způsobí povrch flashover, který uvolňuje elektrony a odpařený povrchový výbojový materiál do meziolektrodové mezery, což usnadňuje tvorbu a vakuový oblouk, sepnutí spínače. Krátký spínací čas naznačuje elektrony z výboje spouště a odpovídající sekundární elektrony klepání z anody jako inicializace spínací operace; odpařený materiál cestuje mezerou příliš pomalu, aby mohl hrát významnou roli. Opakovatelnost spouštění lze zlepšit speciálním potahem povrchu mezi spouštěcí elektrodou a katodou a chvění lze vylepšit dotováním spouštěcího substrátu a úpravou struktur spouštěcí sondy. Sprytrony mohou v úložišti degradovat o odplyňování z jejich složek, difúze plynů (zejména vodíku) kovovými složkami a plyn uniká skrz hermetická těsnění; příklad zkumavky vyrobené s vnitřním tlakem 0,001 Pa bude vykazovat spontánní rozpad mezery, když tlak uvnitř vzroste na 1 Pa. Zrychlené testování doby skladování lze provést skladováním ve zvýšeném okolním tlaku, volitelně s přidáním helia, pro testování těsnosti skladování teploty (150 ° C) pro testování odplyňování. Sprytrony lze vyrobit miniaturizované a robustní.[7]

Sprytrony mohou být také spuštěny a laser puls. V roce 1999 byla energie laserového pulsu potřebná ke spuštění sprytronu snížena na 10 mikrojoulů.[8]

Sprytrony se obvykle vyrábějí jako robustní kov /keramický části. Obvykle mají nízké indukčnost (10 nanohenries ) a nízký elektrický odpor při zapnutí (10–30 milohm ). Po spuštění, těsně předtím, než se sprytron plně zapne v lavinovém režimu, se krátce stane mírně vodivým (100–200 ampérů); vysoký výkon MOSFET tranzistory pracující v lavinovém režimu vykazují podobné chování. KOŘENÍ k dispozici jsou modely pro sprytrony.[9]

Výkon

Tento design, který se datuje koncem 40. let 20. století, je stále schopen dosáhnout pulzního výkonu, který zvládnou i ty nejpokročilejší polovodiče (dokonce i IGBT ) se nemůže snadno shodovat. Krytrony a sprytrony jsou schopny zpracovat vysokonapěťové vysokonapěťové impulsy s velmi rychlými spínacími časy a stálými, nízkými chvění časové zpoždění mezi aplikací spouštěcího impulzu a zapnutím.

Krytrony mohou přepínat proudy až asi 3000 ampérů a napětí až asi 5000 voltů. Lze dosáhnout doby komutace kratší než 1 nanosekundu, se zpožděním mezi aplikací spouštěcího pulzu a přepnutím na pouhých 30 nanosekund. Dosažitelný chvění může být pod 5 nanosekund. Požadované napětí spouštěcího impulzu je přibližně 200–2 000 voltů; vyšší napětí do určité míry snižují spínací zpoždění. Čas komutace lze poněkud zkrátit prodloužením doby náběhu spouštěcího impulzu. Daná krytronová trubice poskytne velmi konzistentní výkon identickým spouštěcím pulzům (nízký jitter).[5] Udržovací proud se pohybuje od desítek do stovek mikroampérů. Rychlost opakování pulzu se může pohybovat od jedné za minutu do desítek tisíc za minutu.[4]

Spínací výkon je do značné míry nezávislý na prostředí (teplota, zrychlení, vibrace atd.). Tvorba udržovacího žhavého výboje je však citlivější, což vyžaduje použití radioaktivního zdroje k jeho zapálení.

Krytrony mají omezenou životnost, podle typu, typicky od desítek tisíc do desítek milionů spínacích operací a někdy jen několik stovek.[4][5]

Sprytrony mají o něco rychlejší spínací časy než krytrony.

V některých aplikacích lze jako náhradu použít vodíkem naplněné tyratrony.

Aplikace

Krytrony a jejich variace vyrábí společnost Perkin-Elmer Komponenty a používané v různých průmyslových a vojenských zařízeních. Oni jsou nejlépe známí pro jejich použití při zapalování explodující most a slapperové rozbušky v nukleární zbraně, jejich původní aplikace, buď přímo (k tomu se obvykle používají sprytrony), nebo spuštěním vyššího výkonu jiskřiště spínače. Používají se také ke spouštění tyratrony, velký žárovky v kopírky, lasery a vědecké přístroje a pro zapalování zapalovačů pro průmysl výbušniny.

Omezení vývozu v USA

Vzhledem k jejich potenciálu pro použití jako spouštěčů jaderných zbraní je vývoz krytronů těsně uzavřen regulované ve Spojených státech. Řada případů týkajících se pašování nebo byly hlášeny pokusy o pašování krytronů, protože země usilující o vývoj jaderných zbraní se pokusily získat zásoby krytronů pro zapálení jejich zbraní. Jedním z významných případů byl případ Richard Kelly Smyth, který údajně pomáhal Arnon Milchan Na začátku 80. let propašoval do Izraele celkem 15 objednávek s 810 krytrony.[10] 469 z nich bylo vráceno do Ameriky, přičemž Izrael tvrdí, že zbývajících 341 bylo „zničeno při testování“.[10]

Krytrony a sprytrony manipulující s napětím 2 500 V a vyšším, proudy 100 A a vyšším a se zpožděním spínání pod 10 mikrosekund jsou obvykle vhodné pro spouštění jaderných zbraní.[11]

V populární kultuře

Krytron byl „MacGuffin „ve filmu Romana Polanského z roku 1988 Šílený. Zařízení ve filmu bylo buď high-tech aktualizovanou verzí, nebo jednoduše beletrizovanou verzí vytvořenou pro příběh.

Krytron, nesprávně nazývaný "kryton", se také objevil v Tom Clancy román o jaderném terorismu Součet všech obav.

Spiknutí Larry Collins ' rezervovat Cesta do Armagedonu se točí kolem amerických krytronů, které íránští mulláhové chtěli pro tři ruské jaderné dělostřelecké granáty, které doufali upgradovat na plné jaderné zbraně.[12]

Termín „krytron“ se objevil v sezóně 3, epizodě 14 (Provenance) televizního dramatu Zajímavá osoba.

V sezóně 3 ze dne NCIS V epizodě „Kill Ari, Part 2“ vyšlo najevo, že Ari Haswari, darebácká agentka Mossadu, měla za úkol získat krytronovou spoušť. Spolu s ukradeným plutoniem z Dimony to byly klíčové součásti izraelské operace bodnutí. Krytron byl také nesprávně nazýván „kryton“.

Další vývoj

Opticky spouštěné polovodičové přepínače založené na diamant jsou potenciálním kandidátem na výměnu krytronu.[13]

Poznámky

  1. ^ "Krytrons - datový list trubice se studenou katodou K5500B-1" (PDF). Divize elektrooptiky EG&G, Salem, Massachusetts, USA. Září 1973. Citováno 11. září 2016.
  2. ^ A b „Zachycení nízké energie v iontové pasti“ Harvard Ph.D. Teze Xiang Fei (obhájena 10. května 1990), Kapitola 4
  3. ^ Silicon Investigations Pulse Power Switching & EG&G Krytron Tube Replace Page. Siliconinvestigations.com (22.02.2010). Citováno 2010-06-05.
  4. ^ A b C d Informace o Krytronu na Tube Collector stránky
  5. ^ A b C d E Zařízení pro přepínání pulzního výkonu. Electricstuff.co.uk. Citováno 2010-06-05.
  6. ^ Vyhodnocení procesu nekyanidového zlacení pro spínací trubice, Sandia Report, 1996
  7. ^ [1][trvalý mrtvý odkaz ]„Miniaturní vakuové spínače pro přesné zahájení necitlivých zátěží v náročných prostředích, e2v 2012
  8. ^ Správa a správa zásob? Spojené státy americké jaderné síly. Globalsecurity.org. Citováno 2010-06-05.
  9. ^ Informační most: DOE vědecké a technické informace - sponzoruje OSTI. Osti.gov (2010-05-28). Citováno 2010-06-05.
  10. ^ A b „Izraelské jaderné zbraně“. fas.org.
  11. ^ Technologie, které jsou základem zbraní hromadného ničení Nakladatelství DIANE ISBN  1-4289-2110-9
  12. ^ Larry Collins. Cesta do Armagedonu. Nové tisíciletí. 2003. ISBN  1-932407-09-X
  13. ^ CVD Diamond pro elektronická zařízení a senzory autor: Ricardo S. Sussmann, s. 285 John Wiley and Sons, 2009 ISBN  0-470-06532-X

Reference

  • Katalog elektronických součástek EG&G, 1994.

CBS / Hytron druhý zdroj dokumentace:

externí odkazy