Генератор по схеме Аркадьева – Маркса с покаскадным обострением фронта импульсов для обеззараживающей обработки пищевых продуктов

Abstract

Цель. Экспериментально получить на нагрузке генератора импульсных напряжений величиной менее 50 Ом в виде более двух рабочих камер с водосодержащим продуктом длительность фронта импульсов высокого напряжения менее 1,5 наносекунд, что повышает эффективность обеззараживания обрабатываемых продуктов. Методика. Для получения высоковольтных импульсов на рабочих камерах - нагрузке генератора применена методика генерирования импульсов по схеме Аркадьева – Маркса. Импульсы на нагрузке измерялись при помощи низкоомного резистивного делителя напряжения, передавались по широкополосному коаксиальному кабелю и регистрировались при помощи осциллографа С7-19 с полосой пропускания 5 ГГц. Рабочие камеры заполнялись водой и состояли из кольцеобразного корпуса, выполненного из фторопласта, и металлических электродов, образующих дно и крышку камеры, имеющих плоские накладки из пищевой нержавеющей стали для контакта с пищевым продуктом внутри камеры. Результаты. Высоковольтные импульсы на нагрузке генератора примерно 50 Ом и менее имеют трапециевидную форму со скругленной вершиной и длительность по основанию не более 80 нс. Экспериментально полученные амплитуды импульсов на нагрузке генератора – до 18 кВ. При уменьшении сопротивления нагрузки амплитуда импульсов уменьшается, а длительность фронта и импульсов в целом укорачивается из-за ускоренного разряда емкостных накопителей каскадов. Научная новизна. Впервые на нагрузке генератора в виде трех параллельно включенных рабочих камер с водой, активное сопротивление каждой из которых менее 50 Ом, экспериментально получена длительность фронта импульсов tf≈1 нс. Кроме того, отлажен стабильный 9- 10 канальный режим срабатывания выходного разрядника тригатронного типа в пятикаскадном генераторе импульсных напряжений с покаскадным обострением фронта импульсов (ГИНПО). Практическая значимость. Полученная экспериментально наносекундная длительность фронта импульсов на нагрузке ГИНПО открывает перспективу промышленного применения таких генераторов для микробиологически обеззараживающей обработки (инактивации микроорганизмов) водосодержащих пищевых продуктов

Мета. Експериментально отримати на навантаженні генератора імпульсних напруг величиною менше 50 Ом у вигляді більш, ніж двох робочих камер з водовмісним продуктом тривалість фронту імпульсів високої напруги менше 1,5 наносекунд, що підвищує ефективність знезараження оброблюваних продуктів. Методика. Для одержання високовольтних імпульсів на робочих камерах – навантаженні генератора застосована методика генерування імпульсів за схемою Аркадьєва – Маркса. Імпульси на навантаженні вимірювалися за допомогою низькоомного резистивного дільника напруги, передавалися по широкосмуговому коаксіальному кабелю і реєструвалися за допомогою осцилографа С7- 19 зі смугою пропускання 5 ГГц. Робочі камери заповнювалися водою і складалися з кільцевидного корпусу, який виконано з фторопласту, і металевих електродів, що утворюють дно та кришку камери, мають плоскі накладки з харчової неіржавіючої сталі для контакту з харчовим продуктом усередині камери. Результати. Високовольтні імпульси на навантаженні генератора приблизно 50 Ом і менше мають трапецієвидну форму з закругленою вершиною і тривалість по основі не більше 80 нс. Експериментально одержані амплітуди імпульсів на навантаженні генератора – до 18 кВ. При зменшенні опору навантаження амплітуда імпульсів зменшується, а тривалість фронту і імпульсів у цілому скорочується із-за прискореного розряду ємнісних нагромаджувачів каскадів. Наукова новизна. Вперше на навантаженні генератора у вигляді трьох паралельно включених робочих камер з водою, активний опір кожної з котрих менше, ніж 50 Ом, експериментально отримано тривалість фронту імпульсів tf≈1 нс. Крім того, налагоджено стабільний 9-10 канальний режим спрацьовування вихідного розрядника тригатронного типу в п’ятикаскадному генераторі імпульсних напруг з покаскадним загостренням фронту імпульсів (ГІНПЗ). Практична значущість. Одержана експериментально наносекундна тривалість фронту імпульсів на навантаженні ГІНПЗ відкриває перспективу промислового застосування таких генераторів для мікробіологічно знезаражувальної обробки (інактивації мікроорганізмів) водовмісних харчових продуктів

Purpose. To obtain experimentally that the duration of the highvoltage pulse front is less than 1.5 nanoseconds on the load of a pulse voltage generator of less than 50 ohms in the form of more than two working chambers with a water-containing product. That increases the efficiency of disinfection of treated products. Methodology. To obtain high-voltage pulses in working chambers - the generator load - the pulse generation method was used according to the Arkadyev-Marx scheme. The pulses on the load were measured with a low-ohm resistive voltage divider, transmitted over a broadband coaxial cable, and recorded using a C7-19 oscilloscope with a 5 GHz bandwidth. The working chambers were filled with water and consisted of an annular body made of PTFE 4 and metal electrodes forming the bottom and the chamber cover having flat linings of food stainless steel for contact with the food product inside the chamber. Results. The high-voltage pulses on the generator load of about 50 Ohm or less have a trapezoidal shape with a rounded apex and a base duration of no more than 80 ns. The experimentally obtained pulse amplitudes on the generator load are up to 18 kV. As the load resistance decreases, the amplitude of the pulses decreases, and the duration of the front and pulse duration in general are shortened because of the accelerated discharge of cascade capacitive storages. Originality. For the first time we have obtained experimentally on the load of the generator in the form of three parallel working chambers with water, the active resistance of each of which is less than 50 Ohm, the pulse front duration tf≈1 ns. In addition, we have obtained experimentally a stable 9-10 channel triggering mode of the trigatron type spark gap in a five-cascade pulse voltage generator with a step-bystep peaking (exacerbation) of the pulse front in its cascades (GPVCP). Practical value. We have obtained experimentally the nanosecond pulse front duration on the GPVCP load and that opens the prospect of industrial application of such generators for microbiologically disinfecting treatment (inactivation of microorganisms in food) water-containing food products.