Krytron - Krytron

A mikrohullámú / rádióerősítő csöveket lásd a Klystron oldalon . A krioelektromos kapcsolóról lásd: Cryotron . A kémiai elemről lásd: Krypton .
KN2 "Krytron" kapcsolócső, az EG&G gyártmánya (kb. 25 mm magas)

A krytron egy hideg katódos gázzal töltött cső, amelyet nagyon nagy sebességű kapcsolóként kívánnak használni , kissé hasonlítva a tiratronhoz . Négy elektródával ellátott, lezárt üvegcsőből áll . Egy kis kiváltó impulzust a rács elektród kapcsol a csövet, amely lehetővé teszi egy nagy áram folyjon a katód és az anód elektródák. A vákuumváltozatot vákuum krytronnak vagy sprytronnak hívják . A krytron az EG&G Corporation egyik legkorábbi fejlesztése volt .

Leírás

A legtöbb más gázkapcsoló csővel ellentétben a krytron ívkisülés útján nagyon magas feszültségek és áramok kezelésére (több kilovolt és több kiloampper elérésére) vezet, mint más tiratronokban alkalmazott kisáramú izzító kisülés . A krytron a kiváltott szikrahézagok és tiratronok kifejlesztése, amelyeket eredetileg a második világháború idején radarjeladókhoz fejlesztettek ki .

A krytronokban használt gáz hidrogén ; nemesgázok (általában kripton ) vagy Penning-keverék is használhatók.

Művelet

Krytron rajza

A krytron négy elektródával rendelkezik . Kettő hagyományos anód és katód . Az egyik egy életben tartható elektróda, amely a katód közelében helyezkedik el. Az életben tartáshoz alacsony pozitív feszültséget alkalmaznak, ami a katód közelében kis gázterület ionizálódását okozza. Nagy feszültséget vezetnek az anódra, de az elsődleges vezetés csak akkor következik be, ha pozitív impulzust adnak a kioldó elektródára (a fenti képen a "Rács"). Miután elindult, az ívvezetés jelentős áramot hordoz.

A negyedik egy vezérlőrács, általában az anód köré tekerve, kivéve a tetején található kis nyílást.

Az életben tartó elektróda helyett vagy mellett néhány krytron nagyon kis mennyiségű radioaktív anyagot tartalmazhat (általában kevesebb, mint 5 mikrohullám (180  kBq ) nikkel-63 ), amely béta részecskéket (nagy sebességű elektronokat ) bocsát ki megkönnyítik az ionizációt . A sugárforrás a gyújtás megbízhatóságának növelését és az életben tartó elektróda kisülés kialakulását szolgálja.

A gázkitöltés ionokat biztosít az űr töltésének semlegesítésére és a nagy áramok alacsonyabb feszültség mellett történő megengedésére. Az életben maradó kisülés ionokkal feltölti a gázt, ami egy preionizált plazmát képez; ez az ívképződés időtartamát 3-4 nagyságrenddel lerövidítheti a nem preionizált csövekhez képest, mivel az ívpálya kialakítása során nem kell időt fordítani a közeg ionizálására.

Az elektromos ív önfenntartó; amint a csövet beindítják, addig vezet, amíg az ívet meg nem szakítja a túl hosszú ideig túl alacsonyra eső áram (10 milliamper alatt, 100 mikroszekundumnál hosszabb ideig a KN22 krytronok esetében).

Krytrons és sprytrons által kiváltott magas feszültségű egy kondenzátor kisülési keresztül ravaszt transzformátor , hasonló módon flashtubes pl photoflash alkalmazások váltott. Rendelkezésre állnak olyan eszközök, amelyek integrálják a krytront egy kiváltó transzformátorral.

Sprytron

A sprytron , más néven vákuumkrytron vagy kiváltott vákuumkapcsoló ( TVS ), inkább vákuum, mint gázzal töltött változat. Magas szintű ionizáló sugárzással rendelkező környezetekben való használatra tervezték , amely hamisan kiválthatja a gázzal töltött krytront. Emellett immunisabb az elektromágneses interferenciára, mint a gázzal töltött csövek.

A Sprytronokból hiányzik a keepalive elektród és a preionizációs radioaktív forrás. A kiváltó impulzusnak erősebbnek kell lennie, mint egy krytron esetében. A Sprytrons képesek kezelni a nagyobb áramokat; A krytronokat általában egy másodlagos kapcsoló, például egy kiváltott szikrahézer kiváltására használják , míg a sprytronokat általában közvetlenül a terheléshez kötik.

A trigger impulzusnak van, hogy sokkal intenzívebb, mivel nincs preionized gáz utat az elektromos áram, valamint a vákuum-ív kell képeznie a katód és az anód. Először egy ív képződik a katód és a rács között, majd megszakadás következik be a katód – rács vezető régiója és az anód között.

A sprytronokat kemény vákuumba , tipikusan 0,001 Pa-ra evakuáljuk . Mivel a kovar és más fémek némileg áteresztik a hidrogént, különösen a kiürítés és a lezárás előtti 600 ° C - os sütés során, az összes külső fémfelületet vastag (legalább 25 mikrométer) puha arany réteggel kell bevonni . Ugyanezt a fémezést használják más kapcsolócsövekhez is.

A sprytronokat gyakran a trigatronokhoz hasonlóan tervezik , a trigger elektróda koaxiális a katóddal. Az egyik kiviteli alakban a kioldó elektróda egy alumínium-oxid cső belső felületén metallizációként képződik . A trigger impulzus okoz felületi átívelés , amely percenként elektronok és elpárolgott felületi kisülés anyagot a elektródák közötti rést, amely megkönnyíti kialakulását egy vákuum ív , a kapcsoló zárása. A rövid kapcsolási idő azt sugallja, hogy az indító kisütés elektronjai és a megfelelő szekunder elektronok az anódról kopognak a kapcsolási művelet megindításaként; a párologtatott anyag túl lassan halad át a résen, hogy jelentős szerepet játsszon. A kiváltás megismételhetősége javítható a kiváltó elektróda és a katód közötti felület speciális bevonásával, és a jitter javítható a kioldó szubsztrátum doppingolásával és a kiváltó szonda struktúráinak módosításával. Sprytrons rontja a tárolás, a kigázosodás a komponenseik, gázok diffúziója (különösen hidrogénatom) keresztül a fém alkatrészek, és gáz szivárog át a légmentes zárás ; egy 0,001 Pa belső nyomással gyártott példa cső spontán megszakadásokat mutat, ha a belső nyomás 1 Pa-ra emelkedik. A tárolási idő gyorsított tesztelése elvégezhető úgy, hogy megnövelt környezeti nyomásban tároljuk, adott esetben hozzáadott héliummal, szivárgásvizsgálathoz és fokozott hőmérséklet-tárolás (150 ° C) a kipufogógáz-méréshez. A Sprytronok miniatürizálhatók és masszívak.

Sprytrons is kiválthatjuk egy lézer impulzus. 1999-ben a sprytron kiváltásához szükséges lézer impulzus energiát 10 mikrojoule-ra csökkentették.

A Sprytronokat általában masszív fém / kerámia alkatrészként gyártják . Általában alacsony induktivitásuk (10 nano henry ) és alacsony elektromos ellenállásuk bekapcsoláskor (10–30 milli ohm ). Kiváltása után, közvetlenül a sprytron lavina üzemmódban történő teljes bekapcsolása előtt rövid ideig kissé vezetőképessé válik (100–200 amper); lavina módban működő nagy teljesítményű MOSFET tranzisztorok hasonló viselkedést mutatnak. SPICE modellek állnak rendelkezésre a sprytronokhoz.

Teljesítmény

Ez az 1940-es évek végéről származó design még mindig képes olyan impulzus teljesítményre, amelyhez a legfejlettebb félvezetők (még az IGBT-k ) sem képesek könnyedén illeszkedni. A Krytrons és a sprytrons képesek nagyáramú nagyfeszültségű impulzusok kezelésére, nagyon gyors kapcsolási időkkel és állandó, alacsony vibrációs idő késleltetéssel a trigger impulzus alkalmazása és a bekapcsolás között.

A Krytrons legfeljebb 3000 amper áramerősséget és körülbelül 5000 volt feszültséget tud váltani. 1 nanoszekundumnál rövidebb kommutációs idő érhető el, késleltetéssel a kiváltó impulzus alkalmazása és a kapcsolás között olyan alacsony, mint körülbelül 30 nanoszekundum. Az elérhető vibráció 5 nanoszekundum alatt lehet. A szükséges kiváltó impulzus feszültség körülbelül 200–2000 volt; magasabb feszültségek bizonyos mértékben csökkentik a kapcsolási késleltetést. A kommutációs idő némileg lerövidíthető a kiváltó impulzus emelkedési idejének növelésével. Egy adott krytron cső nagyon következetes teljesítményt fog biztosítani az azonos trigger impulzusokkal (alacsony jitter). Az életben tartó áram tízes és több száz mikroamper között mozog. Az impulzusismétlés sebessége percenként tízezerig terjedhet.

A kapcsolási teljesítmény nagymértékben független a környezettől (hőmérséklet, gyorsulás, rezgés stb.). Az életben tartó izzó kisülés kialakulása azonban érzékenyebb, ami miatt meg kell gyulladni egy radioaktív forrást.

A Krytronok élettartama korlátozott, típusuk szerint jellemzően több tízezer és tízmillió kapcsolási művelet között mozog, és néha csak néhány száz.

A Sprytronok kapcsolási ideje valamivel gyorsabb, mint a krytronoké.

Néhány alkalmazásban hidrogénnel töltött tiratronok használhatók helyettesítőként.

Alkalmazások

A Krytronokat és variációikat a Perkin-Elmer Components gyártja, és különféle ipari és katonai eszközökben használják. Ők a legismertebb ezek alkalmazása meggyújtására robbanó-bridgewire és ütőszeg detonátor a nukleáris fegyverek , az eredeti alkalmazáshoz, akár közvetlenül (sprytrons általában használják erre), vagy amelyek magasabb fogyasztású szikraköz kapcsolók. Ők is használják a ravaszt tiratron , nagy flashlamps a fénymásolók , lézerek és tudományos eszközök, és az égetés gyújtók ipari robbanóanyagok .

Exportkorlátozások az USA-ban

Mivel a krytronok exportja nukleáris fegyverek kiváltó okaként használható , az Egyesült Államokban szigorúan szabályozott . Számos olyan esetről számoltak be, amelyek krytronok csempészésével vagy csempészési kísérleteivel jártak, mivel az atomfegyverek kifejlesztésére törekvő országok megkísérelték beszerezni a krytronkészleteket fegyvereik meggyújtásához. Az egyik kiemelkedő eset Richard Kelly Smyth ügye volt , aki állítólag segített Arnon Milchannak összesen 810 koronás 15 rendet csempészni Izraelbe az 1980-as évek elején. Ezek közül 469-et visszaküldtek Amerikába, Izrael szerint a fennmaradó 341-et "megsemmisítették a tesztelés során".

A 2500 V vagy annál nagyobb feszültséget, 100 A vagy nagyobb áramot, valamint 10 mikroszekundum alatti kapcsolási késleltetéseket kezelő Krytrons és Sprytrons tipikusan alkalmasak a nukleáris fegyverek indítására.

A népi kultúrában

Egy krytron volt a " MacGuffin " Roman Polanski 1988-as Frantic című filmjében . A filmben szereplő eszköz vagy egy csúcstechnológiával frissített verzió volt, vagy egyszerűen csak egy kitalált változat volt a történethez.

A helytelenül "krytonnak" nevezett krytron a Tom Clancy nukleáris terrorizmus regényében, a Minden félelem összességében is megjelent .

Larry Collins The Road to Armageddon című könyvének forgatókönyve nagyban forgott az amerikai gyártmányú krytronok körül, amelyeket az iráni mullah három orosz nukleáris tüzérségi lövedék után kívánt teljes atomfegyverré fejleszteni.

A "krytron" kifejezés az Érdekes személy című televíziós dráma 3. évadjának 14. részében (Provenencia) jelent meg .

Az NCIS "Kill Ari, 2. rész" 3. évadjában kiderült, hogy Ari Haswari, a Moszad szélhámos operatív munkatársa egy krytron ravaszt szerzett be. A dimonai ellopott plutónium mellett ezek kulcsfontosságú elemek voltak egy izraeli szúrási műveletnél. A krytront helytelenül "krytonnak" is nevezték.

További fejlesztések

A gyémánton alapuló, optikailag kiváltott szilárdtest-kapcsolók potenciális jelöltek a krytronpótlásra.

Megjegyzések

Hivatkozások

  • EG&G Elektronikus alkatrész-katalógus, 1994.

CBS / Hytron második forrásdokumentáció :

Külső linkek