Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
щихся в вакууме лучше 10~7 мм рт. стсвободном от органических загрязнений. При переходе от малых к большим пробивным напряжениям (при соответствующем увеличении межэлектродного зазора) происходит смена наиболее эффективного механизма пробоя, причем это изменение наступает раньше при алюминиевых электродах, затем следуют никелевые и молибденовые электроды. Такая очередность, как и сам факт смены механизма пробоя, соответствует теоретическим предсказаниям (см. табл. 66). Хорошо совпали теоретические и экспериментальные значения длительности и нарастания силы тока: прирост силы тока в диапазоне 0,1—1,4 ма, длительность его 0,5— 16 мксек [167].
255
Рассматриваемые анодные процессы приводят к пробою только при довольно значительной плотности паров материала анода. Плотность паров вблизи места испарения около IO19 атом/смг\ средняя же плотность паров в зазоре в области возникновения пробоя должна быть всего на 1—2 порядка ниже. Такая высокая плотность может появляться в последние микросекунды перед наступлением пробоя. В это время в результате роста электронного тока (при прогрессивном увеличении объемного заряда) или в результате роста выступа на аноде сильно возрастает доля выделяемой на аноде энергии, идущей на испарение, что приводит к резкому увеличению интенсивности испарения.
Девис и Бионди [201] для определения плотности нейтральных паров анода в зазоре между медными электродами измеряли резонансное поглощение линий в пучке света от вспомогательной медной дуги, проходившего сквозь исследуехмый межэлектродный зазор, не задевая электроды. Чувствительность примененной методики позволяла обнаружить пары меди плотностью ~1016 атом/см3 при длительности экспозиции порядка 1 мин. Измерения проводились при протекании между электродами стационарного темнового тока примерно 1 мка при максимально возможном напряжении. Однако при напряжении ниже пробивного на 1 % обнаружить нейтральные пары меди в межэлектродном зазоре не удалось.
Усовершенствовав и перестроив свою аппаратуру, Девис и Бионди [350] многократно измеряли плотность паров в течение интервалов времени 0,8 мксек перед спорадически возникавшими пробоями (измеряемый сигнал через линию задержки 0,8 мксек постоянно подавался на осциллограф со ждущей разверткой, которая запускалась только при возникновении пробоя). Было обнаружено появление паров меди плотностью порядка IO17 атом!смг в просвечиваемом объеме, имевшем поперечник менее 0,5 мм и находившемся внутри зазора 1 мм. Эти эксперименты подтверждают существование анодного механизма пробоя и хорошо согласуются с изложенными выше представлениями об этих механизмах. Сами же экспериментаторы предполагают, что интенсивное испарение происходит уже после отрыва от анода выросшего выступа, когда оторвавшаяся частица материала летит по направлению к катоду, подвергаясь интенсивной электронной бомбардировке.
Были оценены возможности такого процесса в предположении, что летящая к катоду частица материала не только сохраняет, но и увеличивает свой положительный заряд, который он получил при отрыве от анода. В условиях непрерывной бомбардировки это возможно, если коэффициент вторичной электронной эмиссии &э>1, или если при 0<?э<1 бомбардирующие электроны пронизывают частицу насквозь (пробег электронов больше размеров частицы вещества). При выполнении
256
этих условий в предельном случае заряд частицы может настолько возрасти, что потенциал частицы при движении его к катоду останется близким к потенциалу анода. Оценка для такого предельного случая показывает, что измеренная в зазоре 1 мм между медными электродами плотность паров 3-Ю17 атом/см3 может быть получена, если оторвавшаяся частица вещества имеет размер больше 10 мкм и подвергается бомбардировке электронным потоком 100 мка с энергией электронов, соответствующей полному межэлектродному напряжению (60 кв).
В. И. Михайлов и Н. И. Сидоров [165], изучая пробои, вызываемые бомбардировкой анода тонким (диаметром 0,1 мм) пучком ускоренных электронов нашли, что плотность паров анода, при которой возникает пробой, соответствует по порядку величины результатам расчета по приведенному выше критерию пробоя (79).
Сравнение эффективности анодных и катодного механизмов
пробоя. Рассмотренные выше пробои вызывались нагревом и испарением на аноде при бомбардировке его автоэлектронным током с катода. Ho этот же ток, проходя по эмиттирующему катодному выступу, разогревает его, что также может привести к пробою. В разд. 4.7 был уже подробно описан такой катодный механизм пробоя для катода в виде одиночного острия. Было, в частности, показано, что количественным критерием возникновения пробоя в этом случае служит условие нагрева вершины эмиттирующего острия до температуры плавления. Логично предположить, что и при плоских электродах плавление эмиттирующего выступа на катоде также приводит к пробою, по крайней мере, в тех случаях, когда выступ достаточно велик, чтобы его разрушение создало условия для инициирования пробоя.
При теоретическом анализе анодных механизмов пробоя эмиттирующий катодный выступ характеризовался высотой выступа А, от которой зависел диаметр автоэлектронного пучка, и автоэлектронным током, эмиттируемым выступом. Для характеристики катодного механизма пробоя этих двух параметров недостаточно, так как нагрев эмиттирующего катодного выступа зависит не только от тока и высоты выступа, но и от профиля всего выступа. Например, при прочих равных условиях (эмиттируемый ток, высота выступа, радиус кривизны его вершины) цилиндрический выступ будет нагреваться сильнее, чем выступ, расширяющийся к основанию, так как у первого электрическое и тепловое сопротивления больше. Поэтому для сравнения эффективности катодного и анодного механизмов пробоя необходимо ввести еще один параметр, характеризующий профиль всего выступа.
