Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Кривые на рис. 39 характеризуют не только абсолютные значения пробивного напряжения, но и зависимость от зазора между электродами. При электрическом поле между электродами, близком к равномерному, зависимость пробивного напряжения от зазора обычно можно выразить в виде
Utiv = const Sgc, (28)
где значение коэффициента а определяет характер зависимости l/др от 5. Если а= 1, т. е. Unv^s9 то напряженность E при пробое не зависит от приложенного напряжения; при уменьшении E с ростом напряжения а<1. Величина а помимо большого практического значения также весьма важна для выяснения механизма вакуумного пробоя (см. гл. 8). В табл 33 приведены сводные результаты определения величины а из экспериментальных данных, накопленных к 1961 г. [193].
Таблица 33 Значения а, полученные в различных работах
а Число экспериментальных данных а Число экспериментальных данных а Число экспериментальных данных а Число эксперимента лышх данных
0,2 9 0,5 22 0,8 13 1,0 5
0,3 12 0,6 28 0,9 8 M 2
0,4 18 0,7 46
Наиболее вероятным значением является а=0,6ч-0,7. Из данных на рис. 39 видно, что такое же наиболее вероятное значение а получается из более поздних работ. Однако отклонения от этой величины очень значительны. Разброс частично можно объяснить и тем, что в табл. 33 приведены данные, полученные
123
при различных напряжениях; зависимость а от напряжения^ по-видимому, существует. Так, в работах [66, 188 и др.] отме-* чается как более или менее известный факт, что до 30—50 кв пробой возникает при постоянной напряженности на катоде, а при больших напряжениях появляется эффект полного напряжения, т. е. снижение пробивной напряженности с увеличением напряжения (а<1).
Действительно, экстраполяция кривой Unp(s) из области, где а<1, в область более низких напряжений приводит к пробивным напряженностям, превышающим значения, при которых неминуемо должна возникнуть интенсивная автоэлектронная эмиссия Однако величина напряжения, при котором это произойдет, зависит от условий эксперимента, чистоты обработки электродов, их материала и т. д. В частности, из кривых на рис. 39 видно, что эффект полного напряжения обнаруживается и при напряжении 20—30 кв. В то же время результат Лаймана и др. [158] (точки 3 на рис. 39) показывает, что при напряжении выше 100 кв можно получить такое высокое значение пробивной напряженности, которое позволяет предположить отсутствие эффекта полного напряжения в этих случаях. К тому же необходимо отметить отсутствие работ, где бы в одном эксперименте было продемонстрировано изменение а от 1 к более низким значениям при переходе от напряжений в десятки киловольт к более высоким. Так как большинство данных, использованных в табл. 33, получено для металлических электродов при напряжениях выше 20—30 кв, то значение a = 0,6-^-0,7 является наиболее вероятным именно при этих условиях *.
В связи с данными табл. 33 следует упомянуть работу Крэн-берга [194]. Он привел первую, основанную на простых физических соображениях формулу, связывающую пробивное напряжение с зазором между электродами и учитывающую эффект полного напряжения. Эта формула для равномерного поля, совпадающая с выражением [28], при а=0,5 приблизительно верно отражала общий характер экспериментальной зависимости. Работа Крэнберга явилась существенным шагом вперед и оказала заметное влияние на последующие исследования по вакуумному пробою. В некоторых последующих работах утверждается согласие полученных авторами данных с формулой Крэнберга, хотя более тщательное рассмотрение показывает заметное отличие а от 0,5. Это обстоятельство, объясняющееся тем, что кроме формулы Крэнберга в то время не существовало другого критерия для сравнения, ни в коей мере не умаляет ценности указанных работ и должно быть учтено при чтении оригинальных работ. В частности, по формуле Крэнберга,
* Для электродов из графита или металлических, но покрытых изоляционными пленками, а может отличаться от значений для металлических электродов (см. разд. 4.6 и 6Л).
124
которая более подробно рассмотрена в гл. 8, а = 0,5 только для равномерного поля. Поэтому считать полученную Трампом и Ван де Гр аафом [188] кривую Unp(S) (см. рис. 39) как подтверждающую формулу Крэнберга неправомерно. Хотя для этой кривой а ~0,5, поле между электродами существенно неоднородное. Так, при зазоре s — 70 мм и диаметре сферического анода 25,4 мм, а плоского катода 51 мм напряженность на электродах в 2—
3,5 раза превышает среднюю. Если учесть это и сделать соответствующий пересчет, то получается а = 0,59.
Пробой при низком напряжении. Бойль и др. [195] исследовали характеристики вакуумной изоляции при микронных зазорах между хорошо обезгаженными вольфрамовыми электродами и прямоугольных импульсах напряжения длительностью 1 мксек. Межэлектродный зазор был образован перекрещивающимися проволоками диаметром 0,75 мм. Кроме пробивного напряжения была измерена также сила предпробойных токов. Последнее позволило рассчитать локальную напряженность на эмиттирующей части катода и, сравнив ее с макронапряжен-костью, найти коэффициент усиления поля на микронеровностях катода Так как при таких малых зазорах микронеровности на электродах сравнимы с зазором, коэффициент |ы зависит от величины зазора.
