Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Элементарная количественная теория этого разряда в равномерном поле, в основном, была развита Гиллом и Энгелем [236] и Хатчем и Вильямсом [237]. Она изложена в работах [238—240] и поэтому здесь не приводится. Отметим только, что в этой теории для упрощения расчетов принято постоянство отношения (коэффициент Kv) начальной скорости вторичного электрона к скорости первичного. Хотя это предположение физически не обосновано, получающиеся соотношения не сильно зависят от Kvj так что вносимая погрешность несущественна. Минимальное напряжение разряда соответствует определенному положительному углу вылета электронов ^макс по OTHO-
155
шению к синусоиде приложенного напряжения. Величина этого угла зависит от Kv, и при /Cu = O (нулевая начальная скорость) іфмакс==32,50. При увеличении напряжения сверх минимального разряд не прекращается, а обмен электронами будет происходить при меньших углах вылета. Минимальное значение угла Еылета фМЕга и, следовательно, максимальное напряжение, при котором может существовать разряд, определяются условием: вылетевший электрон не возвращается обратно на тот же электрод. Таким образом, разряд может наблюдаться в ограниченной сверху и снизу области значений ВЧ-напряжения. С другой стороны, 6Э> 1 только в определенном диапазоне энергий первичных электронов (0,03—10 кэв). Это также ограничивает области существования разряда. Условия резонанса между временем пролета электронов и длительностью периода ВЧ-напряжения могут наблюдаться, кроме того, при временах пролета электронов между электродами, равных длительности любого нечетного числа полупериодов.
В общем случае амплитудное значение напряжения разряда
U = 4л2 (fs)2 — япcosф Jr 2 sinijA (41)
е \ I -Kv ' J
где п — нечетное число полупеоиодов приложенного напряжения, в течение которых электрон пересекает разрядный промежуток; ф — фаза (угол) вылета электронов, участвующих в
разряде (*ф = фмин-4’фмаьс) ; I — частота приложенного напряжения.
Зависимость напряжения разряда от произведения fs позволяет, сохраняя неизменным это произведение, моделировать разряд, например проводить исследования при меньших размерах электродов. Исследования By и Ишимору [241] показали, что этот принцип подобия осуществляется и при сложных формах электродов.
Согласно формуле (41), чем меньше частота, тем меньше напряжение, при котором происходит разряд. Однако формула (41) отражает только условие, чтобы время движения электронов от одного электрода до другого равнялось целому нечетному числу полупериодов приложенного напряжения. Другое условие — энергия падающих электронов должна быть такой, чтобы йэ>1, — ограничивает диапазон значений fs, при которых может существовать разряд. В частности, многими авторами экспериментально найдено значение fs, ниже которого разряд не наблюдается:
(/5)мин = 80 ч- 90 Мгц • см. (42)
По данным Д. Г. Зайдина и А. В. Кушина [242], на величину (fs)мин влияет наличие в зазоре электронов от постороннего источника. Так, когда в отверстие, сделанное в одном из электродов, был помещен небольшой термокатод, то разряд
156
вторичноэлектронного
загорался (при импульсной подаче напряжения) и при fs= = 60 Мгц-см (получить меньшие значения fs не позволили параметры исследовательской аппаратуры).
На рис. 50 и 51 приведены рассчитанные на основе элементарной теории области существования резонансного разряда. Проверка показала совпадение в пределах ± (10—20) экспериментальных данных с теоретическими зависимостями для нижней границы i/(s), если считать Kv =
= 0,25—0,33 [237, 242, 243].
Поэтому приведенные на рис. 50 и 51 графики можно использовать для определения возможности возникновения вторичноэлектронного резонансного разряда в конкретных условиях.
На рис. 51 представлены также результаты измерений Д. Г. Зайдина и А. В,
Кушина [242] по определению границ существования вторичноэлектронного резонансного разряда: верхней, соответствующей напряжению зажигания разряда при уменьшении напряжения, и нижней, соответствующей напряжению горения разряда. Измерения проводили при импульсном возбуждении тороидального резонатора с частотой 62—
143 Мгц. Межэлектродный зазор регулировался, и применялся
10 f SjMdlt-Ctt
Рис. 50. Области существования вторичноэлектронного разряда при п=1 и различных начальных скоростях электронов:
J-Kv -0,*-
SrZTl 5°; 3 — К
0-5-32°;
-0,25, 0,33, -ф
V
2-ІCy-=OfI, -ф» _ 56^21°; ¦ —64^-17,5°.
-38°ч-
инициирующим разряд электронного тока от вспомогательного термокатода. Экспериментальные результаты и расчетные кри-
более чем в 1,5 раза. Хорошо заметны на
е
вые различаются н нижней кривой характерные изгибы, очевидно соответствующие возникновению разряда с различным значением п.
В реальных условиях начальные скорости электронов и фазы их вылета даже при строго постоянной амплитуде напряжения распределены в более или менее широком диапазоне, и ток разряда, если его регистрировать на осциллографе, группируется в определенной области углов. Дальнейший анализ уравнений движения электронов в ВЧ-поле показал существо-
