孙强 周前红 † 宋萌萌 2) 杨薇 董烨

1) (北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094)

2) (中国工程物理研究院研究生院,北京 100088)

三电极气体火花开关带有触发极,相比两电极开关,其开关导通的可控性较高,工作电压较低且抖动小,所以气体火花开关中三电极开关的应用较为广泛.本文针对大气压氮气环境下的两电极开关和三电极开关的击穿机制进行了理论与数值模拟研究.通过理论和数值计算发现,对于平板-平板的两电极开关来说,低电压下(小于6.3 kV)无法产生流注击穿,高电压下(大于6.3 kV)会先形成由阴极到阳极的负流注,然后再形成由阳极向阴极的正流注.而在三电极开关的击穿过程中,首先会在触发极和绝缘体之间发生击穿,然后这个通道不断向阴阳极扩展,最终形成阴阳极之间的电弧通道.在本文的计算工况下,如果需要阴极-触发极、阳极-触发极同时击穿的话,其阴极-触发极之间的外加电压需要大于1.18 kV,而阳极-触发极之间的外加电压需要大于3 kV.当考虑触发极的场致发射后,该击穿阈值可以显著降低.

1 引 言

两电极气体火花开关一般为自击穿开关,开关不设触发极,仅有两个主放电电极.当两个电极间的电压差超过开关间隙的自击穿电压后开关就会自然击穿导通,形成放电回路[1,2].这种开关结构简单且耐用,但可控性较差.三电极开关在两电极开关的基础上发展而来,由于开关引入了触发电极,当开关仅在主电极两端加载一定……