Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
* Это явление, в частности, не позволяет использовать низкотемпературную сверхпроводимость (когда джоулевы потери отсутствуют) для получения больших плотностей тока автоэлектронной эмиссии.
144
т эмиттирующей поверхности. Таким образом, эффект Ноттин-галіа способствует быстрому нагреву эмиттирующего острия при ниБких температурах и замедляет нагрев при высоких температурах. Последнее обстоятельство способствует стабильности эмиттирующего острия при сильном его нагреве. Этим (по крайней шере, частично) можно объяснить замедление роста авто-электронного тока перед пробоем и последующий мгновенный взрыв эмиттирующего острия (из-за нагрева внутренних частей эмиттирующего острия),
Теория эффекта Ноттингама, основанная на зоммерфельдов-ской модели металла, приводит к следующему выражению для мощности, выделяемой на эмиттере, при токе автоэлектронной эмиссии силой /:
Pn = 9,2- ІО-ч^Ф-М/ф'ДеР'). где (35)
P' = 2,9-IO6^W-iT.
Если температура эмиттера Г = 5,35 • IO-5Ef4l Ф-0’5, то р' = я/2’
и, следовательно, выделяемая мощность Piv = O. Температура* соответствующая последнему условию, носит название температуры инверсии. При меньшей температуре эффект Ноттингема приводит к выделению энергии на эмиттере, при большей — к поглощению. Шабонье и др. [216] экспериментально измеряли эффект Ноттингама для вольфрамовых острий (чистых или покрытых для уменьшения» работы выхода слоем циркония). При температуре острий от комнатной до 1700° С и при плотности тока автоэлектронной эмиссии IO5—IO6 а/см2 они наблюдали как выделение, так и поглощение энергии за счет эффекта Ноттингама. Полученные экспериментально величины эффекта Ноттингама (от —0,6 до +0,35 эв/электрон) несколько превышали теоретически ожидаемые величины, особенно при поглощении энергии. Температура инверсии оказалась ниже расчетной в 1,5—2 раза. Такое расхождение между экспериментом и теорией авторы объясняют отличием реального энергетического, спектра элёктронов в вольфраме от идеализированного, соответствующего зоммерфельдовской модели свободных электронов.
~В работе [223] исследовалось запаздывание пробоя при плотностях автоэлектронного тока, существенно больших критического значения, вплоть до IO13 а/м2, т. е. при значительных перенапряжениях. Результаты этих измерений, проведенных с коническим (15°) острием из монокристалла вольфрама при подаче на него прямоугольных импульсов напряжения, приведены на рис. 46. При плотностях тока порядка IO13 а/м2 время запаздывания сокращается до нескольких наносекунд. При этом между плотностью тока и временем запаздывания в широком диапазоне этих параметров наблюдается соотношение [224]
/2Tзап «4 • 1017а2 • сек/м*. (36)
i4a
Такую взаимосвязь j и т3ап можно объяснить тем, что при плотностях тока существенно выше критических нагрев эмиттирующего острия джоулевым теплом происходит настолько быстро, что теплопроводность не в состоянии отвести тепло от места его выделения. В таких условиях скорость роста температуры кончика острия
IO11 Wn 1013j у а/мг
dT_
dt
f (Рэ/С),
(37)
где С И Pa — теплоемкость И
электросопротивление, в общем случае зависящие от температуры. Из этого соотношения вытекает, что время запаздывания пробоя, т. е. время нагрева острия до критической температуры, при которой происходит взрыв острия,
зал
Рис. 46. Зависимость запаздывания для катода в виде острия от напряженности на вершине острия Е(Мв/мм) и от плотности автоэлектронного тока.
Крит ,
(I//2) J' - {рус) clT. (38)
О
Тогда при любом характере зависимости
электросопротивления от температуры
/2TBan = COnst.
В рассматриваемом случае, при плотностях тока существенно выше критических, влияние эффекта Ноттингама должно быть мало, так как он линейно растет с плотностью тока, а джоулево тепло пропорционально /2. Тем не менее характерные особенности осциллограмм предпробойного тока (самопроизвольный рост тока, наличие плато) сохраняются и при пробоях наносекундными импульсами [223, 225].
Подробное изучение предпробойных явлений при острийном катоде в электронном проекторе позволило уточнить свойства й природу яркого кольца, появляющегося на экране при токе, близком к пробивному значению. Осциллографирование тока кольца убедительно подтвердило термоэмиссионное происхождение этого тока [218]. Источником тока кольца является боковая часть вершины острия. В этом месте конфигурация электрического поля ближе к полю цилиндра, чем сферы. Поэтому вместо пропорционального увеличения электронного изображения по всем осям, что характерно для вершины острия, сохраняется увеличение только в азимутальном направлении, а в радиальном направлении увеличение резко падает. Отсюда и изображение в виде яркого, но тонкого кольца [226].
Явления, приводящие к пробою, при острийных катодах исследованы для других материалов. Явления оказались сход-
146
\ыми с остриями из вольфрама, но критические значения плот-нЬсти тока для разных материалов отличались друг от друга. т\к, для молибденовых и танталовых эмиттеров они меньше, чем [л^ вольфрамовых, и составляли 5-Ю10—5-Ю11 а/м2 [227].
