Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Загрязнение поверхности анода приводит к уменьшению поверхностного натяжения и, как следствие этого, облегчает рост выступов на аноде при нагреве его электронным пучком и развитие всех процессов, связанных с нагревом и испарением
анода, особенно возникновение газового разряда в парах анода,
8.4. ОТДЕЛЬНАЯ ЧАСТИЦА МЕТАЛЛА КАК ИНИЦИАТОР ПРОБОЯ
Металлический шарик радиусом г, лежащий на поверхности гладкого электрода, приобретает заряд
q = B0 (зт2/6) Er29 (82)
если г значительно меньше межэлектродного расстояния. На такой заряженный шарик действует электростатическая сила
F=l,37e0?2r2, (83)
отрывающая его от электрода [354]. Если под действием этой силы шарик оторвется и устремится к противоположному электроду, то, пройдя разность потенциалов между электродами U9 он приобретает кинетическую энергию
Wk ^qU = е0 (я2/6) Er2U. (84)
262
Уже при скорости движения шарика перед ударом 1 — 10 м/сек (в зависимости от материала) удар получается неупругим и сопровождается переходом кинетической энергии в тепловую [355]. При скорости движения больше скорости звука в материале электрода время соударения настолько мало, что выделившаяся энергия не успевает распространиться за пределы зоны деформации, возникающий при ударе. При этом энергия, приходящаяся на единицу массы, так велика, что происходит испарение вещества в зоне деформации. Чем больше скорость частицы превышает скорость звука в материале, тем полнее энергия движения частицы расходуется на испарение вещества. Температура получающихся паров невелика. Энергия частицы в основном расходуется на образование паров, а не на их нагрев. Изложенное здесь представляет элементы теории соударения тел с космическими скоростями [356, 357] и, по-видимому, может быть применено в данном случае. Размеры зоны деформации при соударении соизмеримы с размером ударяющей частицы, если скорость соударения близка к скорости звука, а равенство этих скоростей количественно близко к условию, что кинетическая энергия движения частицы равна теплоте, необходимой для испарения (возгонки) всего ее материала.
Пока шарик (частица) не коснется противоположного электрода, он сохраняет приобретенный ранее заряд и, следовательно, обладает электростатической (потенциальной) энергией
где С — емкость шарика относительно электродов. С приближением к электроду емкость растет и Wp падает. Однако, как показывает расчет для поля двух шаров, даже при зазоре между шариком и электродом 0,15 г,
т. е. составляет 50% потенциальной энергии шарика, когда он находился вдали от электродов. Напряженность поля между шариком и электродом при этом расстоянии почти в 11 раз превышает E в зазоре (при плоских абсолютно гладких электродах). Чем больше радиус шарика, тем больше запасенная потенциальная энергия, меньше скорость движения и больше время, в течение которого шарик находится от электрода на расстоянии, сравнимом с радиусом шарика. Поэтому при большом г более вероятно, что при подлете шарика к электроду между ними созникает электрический разряд; кроме того, при большем г и мощность разряда больше.
Эти явления, сопровождающие перелет проводящей частицы от одного электрода к другому, — нагрев и испарение в месте соударения и электрический разряд между подлетающей частицей и электродом — могут повлиять на электрическую
qV2C,
(85)
(86)
263
прочность вакуумной изоляции. Наиболее простой случай — это возникновение разряда между электродом и подлетающей частицей. Такой разряд может быть поджигающей искрой, подобно рассмотренной в разд. 7.2. Если на основе экспериментальных данных, приведенных в табл. 53, принять для оценок значение минимально необходимой энергии поджига 0,1 мкдж, то равную ей потенциальную энергию [удвоенное значение, согласно выражению (86)] будет иметь шарообразная частица диаметром 1 или 0,1 мм при напряженности поля соответственно 22 или 70 кв/мм.
По измерениям Н. Б. Розановой [67], металлический порошок из частиц размером 5—40 мкм снижал пробивное напряжение до 7—9 кв при межэлектродном зазоре 0,4 мм. Учитывая, что напряженность в месте отрыва частиц из-за поверхностных неровностей могла быть выше средней (22 кв/мм в данном случае), эти цифры можно считать не противоречащими проведенной выше оценке возможности инициирования вакуумного пробоя электрическим разрядом между электродом и подлетающей частицей. В работе Н. Б. Розановой запаздывание возникновения пробоя после подачи напряжения было приблизительно в
2 раза выше для частиц, первоначально находившихся на катоде, чем для частиц на аноде, т. е. частицы, инициирующие пробой, всегда отлетают от анода (при подаче напряжения частицы мечутся между электродами в обоих направлениях). Это согласуется также с упомянутыми выше результатами измерения энергии поджига, согласно которым более эффективной является поджигающая искра на катоде, чем на аноде.
Н. Ф. Олендзская [68] изучала влияние на пробивное напряжение стальных и ртутных шариков диаметром 0,5—9 мм. Пробивная напряженность при наличии шариков снижалась до 5 кв/мм и практически не зависела от приложенного напряжения в диапазоне 15—70 кв. В этой же работе с помощью скоростной киносъемки удалось зафиксировать электрический разряд между электродом и подлежащим шариком. Обнаружена также большая эффективность инициирования пробоя при подлете стальных шариков к катоду, чем к аноду. Все это хорошо согласуется с предположением, что пробой в данном случае инициируется разрядом между шариком и электродом. Н. Ф. Оленд-ская обнаружила также, что при больших размерах шариков изменение диаметра шарика не влияет на пробивную напряженность
