Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
f Ex = 1,Зг°’8лг-°’*Д?, (87)
' где AE — изменение напряженности между электродами, f! На основании этого выражения, справедливого при х/г^.0,3,
I и выражения (85) можно записать, что электростатическая 4 энергия частицы
Wp = - qExx = е0г2 • 8X0 •2 Д ЕЕ. (88)
Появление сильного поля между катодом и отлетающей от I него частицей может, согласно предположению П. В. Пошехо-} нова и В. И. Соловьева [363], привести к пробою, например в \ результате автоэлектронной эмиссии и развития вторичных ^ процессов (нагрева частицы при электронной бомбардировке,
I выделения газов и пр.), При таком виде инициирования запаз-\> дывание пробоя может быть малым, так как частице не тре-I буется времени на пересечение межэлектродного зазора, как I при других видах инициирования пробоя частицами. Однако ^ такое инициирование пробоя возможно лишь при нарастающем . I напряжении, причем чем круче фронт нарастающего напряже-It ния, тем сильнее поле между электродом и отлетающей части-I цей и более вероятен рассматриваемый механизм инициирования пробоя. П. В. Пошехонов и В. И. Соловьев подавали , косоугольную волну напряжения длительностью до 3 мсек на ' молибденовые плоские электроды при наличии на катоде металлических частиц диаметром 0,05—0,1 мм. Были зафиксированы пробои с запаздыванием, в несколько раз меньшим, чем ъремя пересечения частицей межэлектродного зазора. Если же частицы находились только на аноде, то пробоев с таким малым запаздыванием не было, они возникали с запаздыванием, примерно соответствовавшим времени пролета частиц до катода (0,6—0,7 мсек). Для пробоев с малым запаздыванием при наличии частиц на катоде было обнаружено снижение пробивного напряжения и времени запаздывания с увеличением ско-
267
рости нарастания напряжения на электродах. Соответствующие экспериментальные данные приведены в табл 65.
Описанный механизм пробоя осуществляется при наличии на поверхности электродов чужеродной пыли, а также довольно
Таблица 65
Влияние скорости нарастания напряжения на пробивное напряжение
и время запаздывания пробоя при зазоре 2 мм между молибденовыми электродами и наличии на катоде
частиц диаметром 1 мм
Скорость нарастания, кв/мксек t7Iip, 1lSan» **** S Скорость нарастания, кв I мксек jV кв W мксек
7,8 38 5,1 $ 25 * 29 1,2
10,3 31 3 40 28 0,7
18 30 U
крупных частиц вещества, образовавшихся при механической обработке электродов. При тренировке электродов пробоями такие пылинки и частицы постепенно уничтожаются, что приводит к повышению электрической прочности вакуумной электроизоляции.
Другая возможность инициирования вакуумного пробоя частицами вещества связана с термическими эффектами, возникающими при ударе об электрод микрочастицы, малой по размеру, но со значительными скоростью движения и удельной (на единицу массы) кинетической энергией. Кренберг [194] в
1952 г. выдвинул гипотезу, согласно которой пробой возникает,
если при соударении выделяемая на единицу площади энергия достигает критической величины. Так как площадь соударения пропорциональна г2, то, согласно формуле (84), такой критерий пробоя имеет вид
UnpE — const. (89)
Для равномерного поля между электродами из этого условия получаем выражение
Uup = const S0 »5, (90)
которое обычно называется критерием пробоя Кренберга.
Сопоставление с экспериментальными данными показывает, что последние более или менее удовлетворительно располагаются вокруг линии, соответствующей выражению (90) при значении константы 100 кв/ммоъ. Приблизительно такой же результат можно получить и из данных рис. 39, хотя, как показывает более подробный анализ (см. табл. 33), экспериментально получающееся значение показателя степени при 5 ближе к 0,7. По-
268
пытка теоретически получить значение константы в критерии пробоя (90) была предпринята в работах [364, 365].
і Дальнейшая разработка гипотезы об инициировании пробоя ударом микрочастицы была предпринята автором настоящей книги. В работе [150] было предположено, что удар микрочасти-^ цы приведет к пробою при следующих условиях:
а) кинетическая энергия частицы при подлете к электроду должна быть достаточна для ее испарения при ударе об электрод;
б) количество образовавшихся паров в еще не расширившемся облаке должно быть достаточным для зажигания газового разряда, соответствующего минимуму кривой Пашена;
в) возникший слабый разряд перерастет в пробой между электродами только в том случае, если продукты этого разряда, воздействуя на катод, создадут условия для дальнейшего развития процесса, например нагреют какой-то участок ка-
тода до появления заметной термоэмиссии.
Первое условие (равенство кинетической энергии частицы теплоте ее полного испарения) приводит, согласно выражению (84), к выражению для радиуса частицы, полностью испаряющейся при ударе:
где An> S и L — соответственно атомный вес, плотность и теплота возгонки (дж/кг-моль) материала микрочастицы; Eі — напряженность электрического поля в месте отрыва микрочастицы.
Объем образовавшегося газового облака V и давление в нем р связаны выражением
