Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При импульсном напряжении соотношение механизмов пробоя может получиться другим. По мере уменьшения длительности импульсов будут сокращаться и ликвидироваться области, где возможны пробои, вызванные частицами вещества. Затем будут уменьшаться области пробоев, связанных с испарением на аноде, и при очень коротких импульсах вероятными останутся только пробои, вызванные разогревом протекающим током эмиттирующих катодных выступов (наименее инерционный из рассмотренных процессов). Размеры рассматривав-
.г?___________________________________Ч_
мых ооластеи зависят от чистоты вакуумных условии и от материала электродов. Например, іпри грязных вакуумных условиях уменьшается доля пробоев, вызванных прогрессивным нарастанием объемного заряда. Как видно из рис. 77, доля таких пробоев меньше при алюминиевых электродах, чем при никелевых и особенно молибденовых, тогда как пробои, вызванные разогревом протекающим током эмиттирующих катодных выступов, более вероятны при легкоплавких электродах.
Практические задачи применения вакуумной электроизоляции часто требуют аналитического выражения зависимости пробивного напряжения от межэлектродного зазора, геометрии электродов и от других факторов. Поэтому предпринимались неоднократные попытки получить формулу, верно отражающую экспериментальные зависимости и по виду соответствующую физическим представлениям о процессах, приводящих к пробою. Описанное выше довольно сложное соотношение процессов, вызывающих пробой, показывает, что не может существовать физически обоснованного единого критерия возникновения пробоя при всем разнообразии условий, в которых может работать вакуумная электроизоляция. Для отдельных механизмов пробоя получены аналитические критерии, они были приведены в соответствующих разделах этой главы. В принципе они могут быть использованы и для практических расчетов, особенно в тех случаях, когда нет надежных экспериментальных данных или необходимы анализ и понимание сущности происходящих явлений.
Однако при напряжениях выше 30—50 кв на металлических электродах критерий возникновения пробоя в результате удара микрочастиц
UnpEvE2Ji = const (99)
284
обладает определенной универсальностью: он довольно хорошо соответствует экспериментальным данным даже в таких условиях, когда заведомо известно, что пробой не может вызываться ударами микрочастиц, например при ВЧ-напряжении. При хорошо тренированных электродах, находящихся в чистых Ёакуумных условиях и напряжениях до 100 кв, определенной
универсальностью обладает также критерий JlljEk=const, где
^iEk — локальную напряженность — определяют из вольт-ам-перной характеристики темнового тока, предполагая, что это ток автоэлектронной эмиссии, эмиттируемый одним выступом (CM. разд. 3.2).
* *
*
Из всего содержания настоящей книги, приведенных экспериментальных данных, анализа процессов, приводящих к пробою, возникновению токов, микроразрядов и т. д. можно сделать вывод, что условия, в которых работает вакуумная электроизоляция, весьма далеки от наиболее благоприятных. Вызывается ли пробой микрочастицами, играет ли решающую роль разрушение электродов электростатическими силами, или инициатором пробоя является электронная эмиссия — во всех этих случаях количественные оценки показывают, что современный достигнутый уровень вакуумной электроизоляции определяется либо наличием на поверхности вкраплений и слабо связанных с основной массой электрода частиц различных размеров, либо наличием аномально больших и острых выступов, диэлектрических пленок или загрязнений, существенно снижающих работу выхода или вызывающих появление различных видов эмиссии заряженных частиц и т. д. Другими словами, на основе проведенного анализа есть все условия прийти к весьма оптимистическому заключению, что иліеется реальная возможность существенно повысить качество вакуумной электроизоляции, сделать ее более надежной. Нет сомнений в том, что современный прогресс науки и техники приведет к еще большему применению вакуумной электроизоляции и разрядов в вакууме.
ПРИЛОЖЕНИЕ
I. Плотность тока термоэлектронной эмиссии в присутствии внешнего электрического ПОЛЯ
Г 1,16. IO4 , „1
/ = 1,2-10T2exp — -1-—-(Ф — 3,79-10-8 YЕ) а/м*.
Таблица П. ?
Плотность тока /0 термоэлектронной эмиссии при E=O и увеличение плотности тока іе/Іо при различных напряженностях полей
T0t к a I мг ІЕ/Іо
Ф—4,5 эв / Ф—3,5 эв Я—5* IO7 в/м Дф*=0,27 эв ?=10» в/м дф=0,38 эв ?==5* 10* в/м ДФ=0,85 эв
500 7.Ю-35 9-IO-2^ 5,6*IO2 6,2-103 3,5-Юз
1000 1 ,4- m-ц 1,5*10"« 23 79 1,7-10»
1800 0,62 4-Ю2 5,6 11,5 2,34.IO2
2500 3-IO3 3,3*105 3,5 5,8 50
*
АФ — понижение потенциального барьера при ЕФ 0.
2. Плотность тока автоэлектронной эмиссии [55]
/= 1,54.10-«?2ф-1ехр J- 6,83-10» Ф
(П. !>•
где ©(#)— функция Нордгейма, значения которой приведены в табл. П. 2; Ф — работа выхода, эв.
Таблица П. 2'
Функция Нордгейма (.у=3,79 • 10~5№5 Ф-і)
V 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 1
в (у) 1 0,98 0,94 0,87 0,79 0,69 0,58 0,45 0,31 0,16 0
