كريترون

الكريترون عبارة عن أنبوب مملوء بالغاز ذي مهبط بارد، مصمم للاستخدام كمفتاح فائق السرعة ، يشبه إلى حد ما الثايراترون . يتكون من أنبوب زجاجي محكم الإغلاق مزود بأربعة أقطاب كهربائية . تعمل نبضة تحفيزية صغيرة على قطب الشبكة على تشغيل الأنبوب، مما يسمح بتدفق تيار كبير بين قطبي المهبط والمصعد . يُطلق على النسخة المفرغة من الهواء اسم كريترون الفراغ ، أو سبرايترون . كان الكريترون من أوائل ابتكارات شركة EG&G .

على عكس معظم أنابيب التبديل الغازية الأخرى، يعمل الكريترون عن طريق التفريغ القوسي ، مما يسمح له بتحمل فولتيات وتيارات عالية جدًا (تصل إلى عدة كيلوفولتات وعدة كيلوأمبيرات)، بدلاً من التفريغ المتوهج منخفض التيار المستخدم في الثايراترونات الأخرى . يُعد الكريترون تطويرًا لفجوات الشرارة المُحفزة والثايراترونات التي طُوّرت في الأصل لأجهزة إرسال الرادار خلال الحرب العالمية الثانية .

الغاز المستخدم في الكريترونات هو الهيدروجين ؛ ^{[ 2 ]} ويمكن أيضًا استخدام الغازات النبيلة (عادةً الكريبتون )، أو خليط بينينغ . ^{[ 3 ]}

يحتوي جهاز الكريترون على أربعة أقطاب كهربائية . اثنان منها قطبان تقليديان: المصعد والمهبط . أما الثالث فهو قطب الحفاظ على التيار، ويقع بالقرب من المهبط. يُطبَّق على قطب الحفاظ على التيار جهد موجب منخفض، مما يؤدي إلى تأين منطقة صغيرة من الغاز بالقرب من المهبط. يُطبَّق جهد عالٍ على المصعد، لكن التوصيل الأولي لا يحدث إلا عند تطبيق نبضة موجبة على قطب التشغيل ("الشبكة" في الصورة أعلاه). بمجرد بدء التوصيل القوسي، يحمل تيارًا كبيرًا.

أما الرابعة فهي شبكة تحكم، وعادة ما تكون ملفوفة حول المصعد، باستثناء فتحة صغيرة في أعلاها. ^{[ 4 ]}

بدلاً من قطب الحفاظ على التيار أو بالإضافة إليه، قد تحتوي بعض أجهزة الكريترون على كمية ضئيلة من مادة مشعة (عادةً أقل من 5 ميكروكوري (180 كيلوبيكريل ) من النيكل-63 )، والتي تُصدر جسيمات بيتا ( إلكترونات عالية السرعة ) لتسهيل التأين . يعمل مصدر الإشعاع على زيادة موثوقية الاشتعال وتكوين تفريغ قطب الحفاظ على التيار. 

يُوفر ملء الغاز أيوناتٍ لمعادلة الشحنة الفضائية ، مما يسمح بمرور تيارات عالية عند جهد منخفض. ^{[ 4 ]} يعمل التفريغ المستمر على ملء الغاز بالأيونات، مُشكلاً بلازما مُؤيَّنة مسبقًا. يُمكن لهذا أن يُقلل زمن تكوين القوس بمقدار 3-4 مراتب مقارنةً بالأنابيب غير المُؤيَّنة مسبقًا، حيث لا يلزم قضاء وقت في تأيين الوسط أثناء تكوين مسار القوس. ^{[ 5 ]}

القوس الكهربائي ذاتي الاستدامة. بمجرد تشغيل الأنبوب، يستمر في التوصيل حتى ينقطع القوس بسبب انخفاض التيار إلى مستوى منخفض جدًا لفترة طويلة جدًا (أقل من 10 مللي أمبير لأكثر من 100 ميكروثانية بالنسبة لأنابيب كريترون KN22). ^{[ 2 ]}

يتم تشغيل أجهزة كريترون وسبريترون بواسطة جهد عالٍ ناتج عن تفريغ مكثف عبر محول تشغيل ، على غرار طريقة تشغيل أنابيب الوميض المستخدمة في تطبيقات مثل فلاشات التصوير . وتتوفر أجهزة تجمع بين جهاز كريترون ومحول تشغيل. ^{[ 5 ]}

لا يزال هذا التصميم، الذي يعود تاريخه إلى أواخر أربعينيات القرن العشرين، قادرًا على تقديم أداء طاقة نبضية يفوق حتى أداء أحدث أشباه الموصلات (حتى ترانزستورات IGBT ) التي يصعب على الأخيرة مجاراته. تتميز أجهزة Krytron وsprytron بقدرتها على التعامل مع نبضات عالية التيار والجهد، مع أوقات تبديل سريعة للغاية، وتأخير زمني ثابت ومنخفض التذبذب بين تطبيق نبضة التشغيل والتشغيل.

تستطيع أنابيب الكريترون تبديل تيارات تصل إلى حوالي 3000 أمبير وفولتيات تصل إلى حوالي 5000 فولت. ويمكن تحقيق زمن تبديل أقل من 1 نانوثانية، مع تأخير بين تطبيق نبضة التشغيل والتبديل يصل إلى حوالي 30 نانوثانية. وقد يكون الارتعاش الممكن تحقيقه أقل من 5 نانوثانية. يبلغ جهد نبضة التشغيل المطلوب حوالي 200-2000 فولت؛ وتؤدي الفولتيات الأعلى إلى تقليل تأخير التبديل إلى حد ما. ويمكن تقصير زمن التبديل إلى حد ما عن طريق زيادة زمن صعود نبضة التشغيل. ويُظهر أنبوب الكريترون أداءً متسقًا للغاية لنبضات التشغيل المتطابقة (ارتعاش منخفض). ^{[ 5 ]} ويتراوح تيار الإبقاء على التشغيل من عشرات إلى مئات الميكروأمبيرات. ويمكن أن يتراوح معدل تكرار النبضات من نبضة واحدة في الدقيقة إلى عشرات الآلاف في الدقيقة. ^{[ 4 ]}

لا يتأثر أداء التبديل إلى حد كبير بالبيئة المحيطة (درجة الحرارة، التسارع، الاهتزاز، إلخ). ومع ذلك، فإن تكوين التفريغ المتوهج المستمر أكثر حساسية، مما يستلزم استخدام مصدر مشع للمساعدة في إشعاله.

تتمتع أجهزة كريترون بعمر افتراضي محدود، يتراوح عادةً، حسب النوع، من عشرات الآلاف إلى عشرات الملايين من عمليات التبديل، وأحيانًا بضع مئات فقط. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تتميز أجهزة Sprytrons بأوقات تبديل أسرع نوعًا ما من أجهزة krytrons.

يمكن استخدام الثايراترونات المملوءة بالهيدروجين كبديل في بعض التطبيقات.

تُصنّع شركة بيركن-إلمر كومبوننتس أجهزة كريترون ومشتقاتها ، وتُستخدم في مجموعة متنوعة من الأجهزة الصناعية والعسكرية. وتشتهر هذه الأجهزة باستخدامها في إشعال صواعق الأسلاك المتفجرة وصواعق الصفعة في الأسلحة النووية ، وهو استخدامها الأصلي، إما مباشرةً (حيث تُستخدم أجهزة سبرايترون عادةً لهذا الغرض) أو عن طريق تشغيل مفاتيح شرارة ذات قدرة أعلى . كما تُستخدم أيضًا لتشغيل الثايراترونات ، ومصابيح الوميض الكبيرة في آلات التصوير ، وأجهزة الليزر، والأجهزة العلمية، ولإشعال مشعلات المتفجرات الصناعية .

نظراً لإمكانية استخدامها كمحفزات للأسلحة النووية، تخضع صادرات الكريترون لرقابة مشددة في الولايات المتحدة. وقد تم الإبلاغ عن عدد من الحالات المتعلقة بتهريب الكريترون أو محاولة تهريبه، حيث سعت دولٌ تسعى لتطوير أسلحة نووية إلى الحصول على إمدادات من الكريترون لإشعال أسلحتها. ومن أبرز هذه الحالات قضية ريتشارد كيلي سميث ، الذي يُزعم أنه ساعد أرنون ميلشان في تهريب 15 طلبية تضم 810 كريترون إلى إسرائيل في أوائل ثمانينيات القرن الماضي. ^{[ 10 ]} وقد أُعيد 469 منها إلى الولايات المتحدة، بينما زعمت إسرائيل أن الـ 341 المتبقية "دُمّرت أثناء التجارب". ^{[ 10 ]}

تعتبر أجهزة كريترون وسبريترون التي تتعامل مع فولتيات تبلغ 2500  فولت وما فوق، وتيارات تبلغ 100  أمبير وما فوق، وتأخيرات تبديل أقل من 10 ميكروثانية، مناسبة عادةً لمشغلات الأسلحة النووية. ^{[ 11 ]}

كان جهاز الكريترون هو " العنصر المحوري " في فيلم رومان بولانسكي " فرانتيك " عام 1988. وكان الجهاز في الفيلم عبارة عن وحدة كريترون-باك، تتكون من أنبوب كريترون ومحول تشغيل مغلفين بالإيبوكسي الأسود. ^{[ 12 ]}

تدور حبكة كتاب لاري كولينز " الطريق إلى هرمجدون" بشكل كبير حول صواريخ كريترون أمريكية الصنع أرادها الملالي الإيرانيون لثلاث قذائف مدفعية نووية روسية كانوا يأملون في تطويرها إلى أسلحة نووية كاملة. ^{[ 13 ]}

تُعد المفاتيح الصلبة التي يتم تشغيلها ضوئيًا والمصنوعة من الماس مرشحًا محتملاً لاستبدال الكريترون. ^{[ 14 ]}

• ورقة بيانات EG&G رقم 090: أنابيب كريترون - أنابيب تشغيل وتنظيم الكاثود البارد
• كتالوج EG&G المختصر للإلكترونيات الضوئية
• كتالوج مكونات EG&G الإلكترونية، 1994.

وثائق المصدر الثاني لشبكة سي بي إس /هايترون :

• مواصفات أنابيب الزناد " كريترون " E-337 ، E-337A-1 ، E-337A-2
• ورقة بيانات " أنبوب الزناد ذو الكاثود البارد 7229 " E287B
• ورقة بيانات " أنبوب تشغيل الكاثود البارد الموثوق به 7230 " E287C
• ورقة بيانات " أنبوب الزناد ذو الكاثود البارد المصغر 7231 " E287D
• " أنبوب تشغيل الكاثود البارد المصغر الموثوق به 7232 " - ورقة البيانات E287E

• مقال جون باسلي حول أنابيب التبديل المملوءة بالغاز، قسم كريترون
• صورة لكريترون زجاجي صغير
• حُكم على مُصدِّر غير شرعي بالسجن لمدة 40 شهراً (مع أن الحكم كان مرتبطاً بالتأكيد بتفاصيل "الهارب").