Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В описываемых работах критерием пробивного напряжения служила частота возникновения искр. Пробивное напряжение определялось как напряжение, малое увеличение которого приводило к сильному возрастанию частоты искр, не уменьшающейся во времени. При подъеме напряжения до величины ниже пробивного значения частота искр в первое время обычно больше, чем впоследствии. После достижения пробивного напряжения частота искр резко возрастает, так что для получения прежней частоты необходимо снизить напряжение (иногда на 30% и больше). Последующее пробивное напряжение оказывается более низким. Первоначальное значение может восстановиться спустя длительное время и то лишь при условии, если разрушение электродов при первоначальных искрах не было слишком сильным. Длительное выдерживание электродов при напряжении ниже пробивного приводит к постепенному снижению частоты искр, т. е. к повышению электропрочности вакуумного зазора.
164
(рис. 52). Результаты измерений
не
Для различных материалов электродов кривые зависимости частоты искр от приложенного напряжения сходны между собой. В полулогарифмическом масштабе они имеют приблизительно одинаковый и постоянный наклон и различаются только сдвигом вдоль оси напряжений при установившейся (после длительного приложения напряжения) частоте искр и электродах из различных металлов приведены в табл. 43.
Наличие продольного магнитного поля, напряженность которого в описываемых экспериментах достигала 15 кв, влияло на напряжение возникновения искрения до появления самих искр. Однако характер искр при наличии магнитного поля отличался от случая, когда магнитное поле отсутствует. Искры без магнитного поля обычно не вызы-, вали макроскопических нений на поверхности электродов. Так, в одном из опытов после IO4 искр не было обнаружено существенных искровых повреждений Если же приложено магнитное поле, то, начиная с некоторого значения его напряженности, искры приводят к сильному разрушению поверхности электродов с меньшей кривизной, т. е. где E меньше. Величина на-
1
’I і I
і
изме-
Рис. 52. Частота искрений в зависимости от амплитуды ВЧ-напряжения
(5—81 мм, H=8000 э):
1 — медь, раскисленная фосфором; 2 — инконель, 3 — нержавеющая сталь, 4-
колой
ин-
пряженности магнитного поля, при котором искры становятся разрушающими, возрастает с
увеличением зазора. При зазоре 35 мм она равна 2000 э, при 135 мм — 4000 9. В одном из опытов в магнитном поле 2500 искр, сконцентрированных приблизительно на 30 см2, разрушили насквозь пластину из нержавеющей стали толщиной 1,5 мм. Одна искра может вырвать до нескольких миллиграммов металла при запасенной энергии в резонаторе 30 дж. Интенсивность разрушения примерно пропорциональна энергии, запасенной в резонаторе. Получающийся металлический порошок частично переносится на противоположный электрод, значительная же часть оседает на дне вакуумного контейнера.
165
Таблица 43
Электропрочность вакуумной изоляции при частоте 13—14 Мгц [254, 255]
Материал электродов Зазор, мм Напряжение, при котором наблюдается 10 искр в 1 мин Максимальное приложенное во время опыта напряжение, кв
Инконель (14% Gr, 78,5% Ni, 60,3 900 960
0,25% Mn, 0,2% Cu) 86 960—1080 1170
136 1140 1140
Нержавеющая сталь (25% Cr, 20% 60,3 760—880 930
Ni, 2% Mn) 86 1150 1250
Инколой ( 21% Cr, 34% Ni, 1,5% 86 1150 1320
Mn, 0,05% Cu)
W Бескислородная медь высокой про- 86 810—880 980
водимости
Медь, раскисленная фосфором 86 840—870 950
136 840—900 1020
Электролитическая холоднотянутая 136 1070 1250
медь
/С-монель (66% Ni, 30,3% Cu) 136 980 1050
Никель 136 970 1000
Тантал 136 870 1110
Серебро 136 670 790
Микроскопический анализ показал, что в результате разрушающих искр на электроде с меньшей кривизной образуются кратеры диаметром до 0,7 мм, от которых в глубь электрода идут трещины, простирающиеся до 0,2 мм от поверхности кратеров. На такую же глубину от поверхности кратеров распространяется и зона рекристаллизации, что свидетельствует о интенсивном локальном нагреве во время искрового разряда. На противоположном электроде также видны последствия локального разогрева: спекание перенесенного с другого электрода металлического порошка с основной массой электрода *.
Значительная неровность поверхности электродов, возникающая под действием разрушающих искр, приводит к существенному снижению пробивного напряжения. Аналогичное сни-
* На основе опыта наладки сильноточного ускорителя ионов MTA Марк I (см. гл. 1) был выработан следующий полуэмпирический критерий: если за один полупериод высокочастотного напряжения ион водорода может дойти от анода до катода, то возможно возникновение разрушающих искр [256]. Физическое обоснование этого положения сводилось к тому, что для разрушения на аноде необходимы очень тонкие пучки электронов, идущих от катода. Тонким пучок может быть только при фокусировке (сжатии) его на всей длине положительными ионами, выходящими из анода. (Отсюда требование, чтобы хотя бы самые легкие ионы могли дойти от анода до катода). В присутствии магнитного поля фокусировка осуществляется легче и появление разрушающих искр более вероятно.
