Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Протекание темнового тока сопровождается свечением на аноде в местах попадания электронов. Интенсивность этого голубого или голубовато-фиолетового свечения растет с напряжением и силой тока; при напряжении 10—30 кв и токе силой 100 мка свечение хорошо видно невооруженным глазом. Свечение плоскополяризовано, спектр — сплошной, с максимумом в коротковолновой части, вызвано оно прохождением электронами границы вакуума с металлом [105]. Это свечение, называе-
71
мое поэтому переходным, иногда используется для определения мест попадания электронов и даже для определения диаметра электронных пучков, бомбардирующих анод. При больших темновых токах на аноде иногда можно заметить и красноватые пятна — тепловое излучение участков анода, нагретых электронными пучками.
Характеристики темнового тока при катодах, покрытых диэлектрическими пленками, описаны в разд. 6.1.
3.2. ПРИРОДА ТЕМНОВЫХ ТОКОВ
В вопросе о природе темнового тока многое еще неясно. Например, пока не существует единого взгляда на причину возникновения темнового тока в условиях технического вакуума и при повышенном напряжении. Темновой ток помимо электронной составляющей содержит и значительный ток ионов, доля которого при небольшой напряженности значительна. Какие именно ионы и основные характеристики ионной составляющей темнового тока — пока не выяснено.
Заслуживает, однако, внимания предположение Н. И. Ионова [106], что основная причина появления ионного тока — поверхностная ионизация веществ с низким потенциалом ионизации, например щелочных металлов, присутствующих в виде примесей в большинстве технически чистых металлов, обычно применяемых в качестве материала для электродов. В пользу такого объяснения Н. И. Ионов приводит результаты работы [107], где наблюдалась эмиссия ионов щелочных металлов, присутствовавших как примесь в технически чистых никеле и вольфраме. При температуре 470° С и напряженности электрического поля ? = 0,1 квімм плотности токов были равны IO-11 — 10~10 а/см2. Кроме ионов с массой, соответствующей щелочным металлам, присутствовали ионы с массой порядка 100, что позволяет предположить ионизацию адсорбированных паров органических соединений (измерения проводили в вакууме 10“6 мм рт. ст.)щ Если учесть снижение теплоты испарения вещества в виде ионов под действием электрического поля, то при ?=100 кв/мм подобная эмиссия должна наблюдаться уже при комнатной температуре.
При таком механизме образования положительных ионов создаваемый ими ток должен возрастать с увеличением неровности анода, так как увеличивается локальная напряженность на выступах, где происходит поверхностная ионизация. Именно этим и объясняли JI. И. Пивовар и В. И. Гордиенко [94] увеличение темнового тока после интенсивного прогрева анода (см. рис. 21), приведшего, по их мнению, к увеличению неровности анода. Другое возможное объяснение этого же эффекта — увеличение на поверхности анода концентрации легкоионизи-руемых примесей в результате их диффузии из анода. Такой
72
выход примесей на поверхность наблюдали, например, при нагреве эмиттирующих острий, изготовленных из весьма чистых металлов [108]. В связи с этим можно предполагать, что локальный нагрев анода при бомбардировке его электронами также приведет к выходу примесей на поверхность и к повышению тока положительных ионов.
Ток поверхностной ионизации зависит от напряженности электрического поля слабее, чем ток автоэлектронной эмиссии. Кроме того, максимальная плотность тока поверхностной ионизации ограничена скоростью поступления на поверхность электрода ионизируемых примесей. При отсутствии искусственного источника этих примесей плотность тока ионов вряд ли может превышать 1 мка/см2. Поэтому наибольшая ионная составляющая темнового тока должна быть при средних напряженностях до 10—20 KejMMy когда существенно влияние поля на поверхностную ионизацию, а автоэлектронная эмиссия еще мала. Приведенные в предыдущем разделе данные подтверждают эти соображения. При наличии тока положительных ионов часть электронной составляющей темнового тока вызвана эмиссией электронов при бомбардировке катода ионами. Коэффициент выбивания электронов возрастает с увеличением энергии ионов, и этим можно объяснить (по крайней мере, частично) часто наблюдаемую зависимость величины темнового тока от общего приложенного напряжения.
Наличие "ионного компонент а, в составе темнового тока может объясняться также ионизацией газа и загрязнений, выделяющихся из анода при бомбардировке его электронами. К такому выводу, например, пришли в работе [109], где обнаружили сильное изменение темнового тока во время работы при замене прежнего анода на новый, не обезгаженный или изготовленный из другого металла.
В литературе долго дискутировался вопрос о природе эмиссии электронов: результат ли это автоэлектронной эмиссии или термоэмиссии, усиленной эффектом Шоттки [65, 110, 111]. В значительной мере этот спор был решен работой Литтла и Уитни [27] по определению рельефа катода в местах эмиссии электронов, проведенной при напряжении до 10 кв и зазоре 0,38 мм между почти плоскими электродами, находившимися в безмасляном вакууме IO-7 мм рт. ст. В этих опытах прозрачный люминесци-рующий анод позволял рассматривать под оптическим микроскопом места на катоде, где эмиттировались электроны. В 80% случаев в местах эмиссии удалось обнаружить очень мелкие выступы. Использовав сочетание наблюдения свечения на люминесцентном аноде с наблюдением на оптическом микроскопе (в качестве точного индикатора положения места эмиссии на катоде), авторы работы [27] с помощью теневого электронного микроскопа рассмотрели профили эмиттирующих выступов, которые оказались подобными изображенным на рис. 6. Такие
