Применение импульсного тиратрона для коммутации гатчинского разряда

В настоящее время достигнут значительный прогресс в генерации шаровых плазмоидов с помощью гатчинского разряда, которые, как считают многие ученые, могут являться аналогами шаровой молнии. Такие плазмоиды, генерируемые высоковольтным разрядом над водной поверхностью, обладают автономной фазой, происхождение которой и лежащие в её основе процессы являются предметом современных исследований. Стоит отметить, что в России к вопросам о шаровой молнии проявляли интерес в том числе и нобелевские лауреаты В. Л. Гинзбург и П. Л. Капица. Наиболее часто для коммутации гатчинского разряда применяются газовые разрядники, неспособные обеспечить экспериментальное исследование влияния скорости нарастания напряжения и тока на долгоживущие шаровые плазмоиды. В данной работе решается задача коммутации гатчинского разряда с помощью другого устройства - импульсного тиратрона с водородным наполнением. Целью данной работы является создание высоковольтного коммутатора накопительной емкости гатчинского разряда импульсным тиратроном, а также испытания спроектированной и изготовленной установки. В основной части исследования описана высоковольтная установка, содержащая генератор плазмоидов, блок коммутации накопительной емкости импульсным тиратроном, блок формирования импульсов поджига тиратрона с помощью импульсного трансформатора. Разработанный высоковольтный емкостный накопитель энергии выполнен по схеме параллельного соединения конденсаторов. Энергия запасается в конденсаторной батарее, которая заряжается до заданного высокого напряжения с помощью зарядного устройства и разряжается на нагрузку через систему коммутации, состоящую из коммутатора и устройства управления им. В работе представлены электрические схемы высоковольтного зарядного устройства, блока коммутации накопительной емкости импульсным тиратроном и блока формирования импульса напряжения запуска тиратрона. Также показаны рисунки отдельных частей изготовленной установки. В качестве результатов исследования представлены первые результаты испытаний разработанной установки. Оценены импульсы напряжения и тока на тиратроне и на конденсаторе. Получены качественно новые результаты генерации шаровых плазмоидов с помощью тиратрона, а именно переход плазмоида из шаровой формы в тороидальную в одном разряде. В заключении по результатам исследований даны некоторые практические советы для использования тиратрона в качестве коммутатора.

шаровой плазмоид, гатчинский разряд, импульсный тиратрон, конденсатор, трансформатор, тиристор, осциллограммы напряжения и тока

1. Volodin, L. Y. Electric discharge generator of long-lived plasma formations in atmospheric pressure air // L. Y. Volodin, A. S. Kamrukov / Journal of Physics : Conference Series. - 2022. - V. 2270. - Is. 1. - No. 012059.

2. Chernoglazov, A. Dynamic Alignment and Plasmoid Formation in Relativistic Magnetohydrodynamic Turbulence // A. Chernoglazov, B. Ripperda, A. Philippov / Astrophysical Journal Letters. - 2021. - V. 923. - Is. 1. - No. L13.

3. Zhao, Sh. Исследование динамики формирования плазмоидов в гатчинском разряде // Sh. Zhao, Ch. Yuan, А. А. Кудрявцев и др./ Журнал технической физики. - 2021. - Т. 91. - № 7. - С. 1108-1123.

4. Zhao, Sh. Влияние магнитных и электрических полей на динамику образования плазмоидов в гатчинском разряде // Sh. Zhao, Ch. Yuan, А. А. Кудрявцев и др. / Журнал технической физики. - 2022. - Т. 92. - № 3. - С. 366-385.

5. Shabanov, G. D. On the possibility of making natural ball lightning using a new pulse discharge type in the laboratory // G. D. Shabanov / Physics-Uspekhi. - 2019. - V. 62. - Is. 1. - P. 92-107.

6. Ким, Д. Ч. Разработка и испытание установки для изучения лабораторного аналога шаровой молнии // Д. Ч. Ким, А. С. Семенов, Ю. В. Бебихов и др. / Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. - 2020. - № 6 (80). - С. 34-47.

7. Kim, D. C. Installation for Studying the Laboratory Analog of Ball Lightning // D. C. Kim, A. S. Semenov, V. A. Efimov et al. / 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon 2020). - 2020. - No. 9271597. https://doi.org/10.1109/FarEastCon50210.2020.9271597.

8. Матханов, П. Н. Расчет импульсных трансформаторов // П. Н. Матханов, Л. З. Голицын. - Ленинград : Энергия. Ленингр. отделение, 1980. - 112 с.