Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
2. Возникновение периодически повторяющихся самогася-щихся маломощных импульсов тока силой 10"4—IO-3 а, длительностью IO-4—IO-3 сек, частотой повторения от долей до десятков и сотен герц. Возникновение таких импульсов, называемых микроразрядами, не сопровождается сколько-нибудь заметным спадом напряжения на электродах.
3. Возникновение пробоя — искрового разряда с резким спадом межэлектродного напряжения и (при достаточной мощности источника электропитания) с дальнейшим переходом к дуговому разряду в парах вещества электродов.
Хотя перечисленные нарушения вакуумной изоляции последовательно все более нарастающие, из-за различной зависимости от условий на электродах, напряжения и т. п. они не всегда предшествуют один другому. В некоторых случаях микроразряды не возникают, в других они предшествуют появлению заметных темновых токов и т. д. При высокочастотном напряжении на электродах темновые токи и пробои могут возникнуть, а микроразряды — нет. Однако может наблюдаться форма разряда, возникающая и существующая только при высдкочастот-ном напряжении, — вторичноэлектронный резонансный разряд. В этом случае решающее значение имеет вторичная электронная эмиссия на обоих электродах, которые поочередно становятся катодами, и электроны в разные части периода высокочастотного напряжения могут двигаться то в одном, то в другом направлении.
При темновых токах, микроразрядах и особенно при пробоях происходит эрозия электродов и перенос их вещества. В результате этого микрорельеф и другие свойства поверхности электродов изменяются, что отражается на качестве вакуумной изоляции.
Требования, предъявляемые к вакуумной электроизоляции, самые разнообразные. Например, для ускорительных высоковольтных трубок, работающих с электростатическими генераторами, недопустимо уже появление микроразрядов или темно-
13
вых токов даже небольшой величины, так как рабочий ток этих ускорителей составляет обычно единицы и даже доли миллиампера В некоторых случаях темновой ток непосредственно не нарушает работу данного аппарата, но электронная составляющая темнового тока создает интенсивное рентгеновское излучение, что требует создания специальной радиационной защиты. В других приборах, особенно работающих на импульсном напряжении, требования к вакуумной изоляции не так уже жестки. В них часто допускаются значительные темновые токи и даже отдельные микроразряды.
В разных работах под пробоем вакуумной и&оляции понимают иногда различные явления, главным образом те, которые ограничивают подъем напряжения на электродах в данном конкретном случае. Это обстоятельство надо иметь в виду при анализе результатов тех или иных работ. Нуждается также в уточнении и само понятие пробивного напряжения, так как под ним понимают не только напряжение возникновения пробоя при более или менее быстром подъеме напряжения, но и величину длительно приложенного напряжения, при котором лишь изредка возникают пробои. Эти напряжения, из которых второе лучше назвать длительно выдерживае-м ы м, могут заметно различаться, особенно в установках с недостаточно чистыми вакуумными условиями. Это уточнение наряду с приведенными несколько выше определениями понятий пробоя, темновых токов, микроразрядов и пр. сделано с целью избежать в дальнейшем изложении терминологических неточностей.
Одна из характерных особенностей вакуумной изоляции, с которой приходится сталкиваться на практике, состоит в исключительно большом разбросе экспериментальных значений напряжения и напряженности на электродах, при которых возникает тот или иной вид нарушения вакуумной изоляции. Например, для двух пар одинаковых по форме электродов, изготовленных из одного куска металла по одинаковой технологии и помещенных в одну вакуумную систему, при равном межэлект-родном расстоянии напряжение появления темнового тока может различаться в 2—3 раза. Так же велик разброс и в величинах пробивного напряжения. Отличие в 1,5—3 раза может наблюдаться при последовательном измерении пробивного напряжения для неизменных внешних условий и одних и тех же электродов. Надлежащим выбором условий протекания токов микроразрядов и последовательных пробоев можно получить* существенное улучшение качества вакуумной изоляции. Это явление широко используется и носит название тренировки или кондиционирования электродов.
Чрезвычайно сильная зависимость качества вакуумной электроизоляции от технологии изготовления и режима эксплуатации объясняется самой природой процессов, приводящих к
14
нарушению изоляции и решающим образом зависящих от состояния поверхности электродов, причем не всей поверхности, а отдельных участков. Размеры таких участков измеряются микронами при площади электродов в несколько квадратных сантиметров, условия же на них могут существенно отличаться от условий на остальной поверхности. Присутствие окислов, инородных включений и адсорбированных паров органических сое-динений в некоторых случаях существенно ухудшает качество вакуумной изоляции. Значительна роль и микрорельефа поверхности. Здесь следует отметить, что подавляющее большинство методов контроля качества поверхности обеспечивает по- * лучение лишь усредненных характеристик, которые, как правило, не отражают наличия на поверхности слабых мест. Так, некоторые из процессов, существенно нарушающих вакуумную изоляцию, возникают на острых микроскопических выступах, число которых на тщательно отполированной поверхности измеряется единицами на 1 см2. Обнаружение этих выступов из-за их малого числа представляет практически невыполнимую задачу для обычных методов контроля, включая и микроскопические. Изменение размеров таких выступов, появление их и исчезновение существенно меняют качество вакуумной изоляции, но не отражаются существующими критериями шероховатости поверхности. Это относится и к различным загрязнениям, инородным включениям и т. п. на поверхности.
