Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
20 200 14 7,6-Ю-з 9-Ю! 49
20 3000 0,06 3.10“* 400 0,22
При достаточно высокой частоте энергия, которую могут приобрести частицы в ВЧ-поле, невелика. Это означает ослабление нарушающих изоляцию процессов, которые связаны с бомбардировкой электродов тяжелыми заряженными частицами. He удивительно поэтому, что первые эксперименты показали высокую электропрочность вакуумной изоляции при ВЧ-напря-жении. Так, Халперн и др. [234] получили на зазоре 50 мм между нетренированными электродами из меди при частоте 2800 Мгц напряжение около I Me без нарушения вакуумной изоляции. Существенно, однако, что в этом случае напряжение прикладывалось импульсами длительностью 2 мксек.
При высокой частоте и больших зазорах процессы, приводящие к пробою, а также послепробойная искра могут не укладываться в длительность одного полупериода приложенного напряжения. В таком случае условия развития пробоя, образования в зазоре плазмы и как следствие этого условия прохождения тока между электродами отличаются от того, что имеет место при постоянном напряжении и даже при переменном, но меньшей частоты или при меньшем зазоре (когда упомянутые процессы могут уложиться в один полупериод). Видимо, этим объясняется различие между послепробойными разрушениями электродов при малых и больших зазорах (см. ниже). Возможно также, что некоторые особенности в протекании искрового разряда при ВЧ-напряжении объясняются меньшей индуктив-
153
ностью ВЧ-систем по сравнению с цепями постоянного тока, где, как правило, не принимают существенных мер для уменьшения индуктивности (что характерно для ВЧ-систем).
ВЧ-напряжение, особенно большой амплитуды (десятки и сотни киловольт), обычно создается с помощью различных резонансных систем, составной частью которых является сам объект — нагрузка. Типичный пример представляют ВЧ-уско-рчтели заряженных частиц, где собственно ускоряющая система есть объемный резонатор, на котором благодаря высокой добротности развивается напряжение, в десятки и сотни раз превосходящее напряжение, создаваемое генераторными лампами. Для успешной работы такой системы необходимо вполне определенное соотношение между параметрами собственно ВЧ-генератора, связующих элементов (фидеров) и параметрами нагрузки (резонатора).
Возникновение дополнительной активной нагрузки в резонаторе из-за порчи вакуумной изоляции не только снижает его добротность и приводит к уменьшению напряжения, HO и может привести к срыву колебаний в резонаторе и даже (при большом коэффициенте связи) к прекращению работы ВЧ-генератора. При этом резонатор оказывается как бы отключенным от источника напряжения. Например, при пробое в резонаторе разряд ограничивается искрой, а выделение энергии в разряде не превышает энергии, запасенной в самом резонаторе, т. е. сравнительно небольшой величины при резонаторе не слишком больших размеров. Это приводит к быстрому погасанию после-пробойного разряда и восстановлению электропрочности вакуумного зазора. Поэтому пробои в ВЧ-резонаторах имеют характер более или менее часто возникающих сравнительно маломощных искр, вызывающих кратковременный спад напряжения
В некоторых случаях, однако, погасание послепробойного разряда не приводит к полному восстановлению напряжения на резонаторе из-за возникновения другой формы ВЧ-разряда (которая рассмотрена в следующем разделе)—вторичноэлектронного разряда. Напряжение, при котором существует этот разряд (0,05—10 кв), значительно ниже напряжения возникновения искрения, т. е. ниже напряжения, которое было на зазоре до возникновения искрения. Вторичноэлектронный разряд может возникнуть не только в рабочем зазоре или там, где прошла искра, но и в других местах (на подводящих элементах и др), где при восстановлении напряжения могут создаваться определенные резонансные условия, необходимые для существования такого разряда.
При малой мощности, запасенной в резонаторе, и отсутствии так называемых разрушающих искр последствия искрового пробоя (например, разрушение электродов) менее ощутимы, чем при постоянном напряжении. Тренирующее действие искр
154
тоже мало, и соответственно разброс значений напряжения, при которых возникает искрение, очень значителен. Кроме того, часто электроды имеют большую поверхность, что требует очень большого числа тренирующих искр. В этих условиях электропрочность вакуумного зазора очень сильно зависит от предварительной обработки электродов. Так, по исследованиям Ю. H Николаева [235], при частоте 24 Мгц и амплитуде напряжения до 450 кв пробивное напряжение от образца к образцу при одинаковых геометрических параметрах изменялось в три раза после 500 тренировочных искрений, приходившихся на электроды площадью приблизительно 1 см2. Надо отметить, что в этих опытах запасенная энергия резонатора при максимальном напряжении составляла 3 дж, поэтому тренирующее действие искр было слабым, и на поверхности не исчезали следы первоначальной обработки даже после большого количества искр.
5.2. ВТОРИЧНОЭЛЕКТРОННЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ РАЗРЯД
При сравнительно небольшом ВЧ-напряжении между плоскими электродами в вакууме может возникнуть устойчивая проводимость, для обозначения которой еще нет прочно установившегося названия. В английской литературе этот вид разряда называют multipaction, в немецкой Pendelvervielfach-tung, в советской — вторичноэлектронный резонансный разряд, резонансный высокочастотный разряд или мультипакция. Механизм этого разряда может быть представлен следующей схемой. Электроны, вышедшие из электрода, когда он являлся катодом, ускорятся ВЧ-напряжением и, попадая на противоположный электрод, вызовут вторичную электронную эмиссию. Если время пролета первичных электронов близко к полупериоду ВЧ-напряжения, то вторичные электроны, вылетая из второго электрода, который к этому времени стал катодом, также ускорятся и вызовут вторичную эмиссию уже из первого электрода. При коэффициенте вторичной эмиссии &э>1 такой взаимный обмен приведет к появлению заметного тока между электродами.
