Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
157
вание условии, обеспечивающих устойчивость разряда, если один или группа электронов отклонились от синхронного движения, т. е. эти электроны затратили на движение от одного электрода до другого неточное число полупериодов ВЧ-напряжения, то в результате изменения фазы вылета вторичных электронов время пролета последних до противоположного
Так,
W^fs9Men-CN
Рис. 51. ного
сплошные кривые
Области существования разряда при различных
- расчет, точечные измерений [242].
йторичноэлектрон-п и Kv =0,25:
кривые — результаты
электрода также изменится, но это отклонение будет иметь знак, обратный знаку отклонения первичных электронов. Таким образом, происходит компенсация первоначального отклонения и через несколько периодов синхронизм полностью восстанавли-
1 вается.
Такая устойчивость разряда существует только в определенной области значений углов вылета и прихода электронов. В первом приближении область устойчивости ограничена упоминавшимися^ выше углами г|)мин и ^Л1акс [244]. Само наличие области устойчивости приводит к возможности длительного существования разряда с не изменяющимся во времени током.
158
Хотя kd может существенно превышать единицу, ток разряда всегда ограничен.
Одна из внутренних причин ограничения тока разряда, особенно при плоских электродах большой площади, — это влияние объемного заряда электронов. Электроны от одного электрода до другого движутся в виде компактной группы (сгустка). Собственный объемный заряд стремится расширить этот сгусток и тем самым ускорить движение электронов, находящихся на фронте сгустка, и замедлить электроны, движущиеся в хвосте. В результате те и другие электроны могут попасть на противоположный электрод при углах, находящихся вне зоны устойчивости. Вторичные электроны, рожденные ими, уже не будут участвовать в разряде. Чем больше объемный заряд сгустка, тем большая доля электронного потока покидает область устойчивости. При отсутствии других причин, вызывающих убыль электронов, стационарное состояние ^можно определить как динамическое равновесие, когда убыль электронов за счет выхода части их за пределы области устойчивости и увеличение числа электронов за счет вторичной эмиссии взаимно компенсируют друг друга [245].
При плоских бесконечных электродах, когда сгусток электронов представляет собой прослойку, движущуюся от одного электрода к другому, напряженность от объемного заряда вблизи граничной поверхности этой прослойки
Eq = (4л/80) q$, (43)
где qs — заряд слоя, приходящийся на единицу его площади. Эта напряженность наравне с внешней напряженностью действует на электроны, находящиеся на передней и задней границах слоя, причем электроны на задней границе замедляются. Чтобы электроны, находящиеся на задней границе слоя, могли участвовать в разряде, должно соблюдаться соотношение
Eq < ЕШКС1 (44)
где ?макс — амплитуда напряженности поля электродов, не возмущенная действием заряда. Максимально возможную плотность тока можно определить из условия равенства правой и левой частей соотношения (44):
/макс = = (45)
При разряде с п]>1 в межэлектродном зазоре одновременно
присутствует 2п сгустков. Объемный заряд сгустка действует на
электроны в одном направлении в течение всего времени пролета. В то же время внешнее поле переменно во времени и его результирующее действие в сущности эквивалентно действию одного полупериода. Кроме того, область устойчивости разряда при больших п существенно снижается, что видно из рис. 51. Все это приводит к усилению действия объемного заряда по
159
сравнению с действием внешнего поля. В результате при п = 3, 5,... максимально возможный ток разряда
/к макс = воfU/12лп (Tl + 3), (46)
>
4
І
\
т. е.; более чем в 3 п2 раз меньше тока при разряда с п— 1. Такйм образом, принципиально возможны разряды с любым большим нечетным п, ко токи при этом столь малы, что практически разряды с п>5; 7 не наблюдаются.
Формулы [45] и [46] получены Коллебо [245] и представляют известный закон «трех вторых», в чем нетрудно убедиться, подставив в это равенство значение f из выражения [41]. Некоторое различие в численном коэффициенте, по-видимому, объясняется сугубой приближенностью принятого равенства между правой и левой частями выражения [44]. Кроме того, не учитывается возможность частичной компенсации объемного заряда электронов ионами, образующимися из-за ионизации остаточного газа. Подробный анализ областей существования вторичноэлектронного разряда с учетом действия объемного заряда сделан в работе [246].
В некоторых случаях, например в резонаторах ЗЧ-ускорите-лей заряженных частиц, возникновение вторичноэлектронного резонансного разряда является нежелательным. Однако там наблюдаются условия, при которых, согласно рис. 50 и 51, он может возникнуть. Для предотвращения возникновения разряда применяются меры, в частности дополнительная подача постоянного напряжения между электродами. В этом случае время пролета электронов в одном направлении будет отличаться от времени пролета в другом; условия резонанса нарушаются, и разряд не возникает.
