Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Ф700
Вакуум
Воздух
/
V
і
6
в вакуумный контейнер электростатического сепаратора
199
Большинство исследователей отмечают, что давление остаточных газов практически не влияет на электропрочностные характеристики твердой изоляции в вакууме при небольшой ее
длине. Однако для длинных, например опорных и проходных, изоляторов на сотни киловольт в сепараторах заряженных частиц наблюдается зависимость от давления, аналогичная зависимости от давления для вакуумной изоляции при большой поверхности электродов и больших межэлектродных расстояниях (см. гл. 4). Наибольшая элек-ропрочность наблюдается при
Рис. 64. «Внутреннее» подсоединение катода опорному изолятору.
J давлениях, в несколько раз меньших границы газового разряда. Так, по данным работы ?277], напряжение пробоя длинного изолятора при давлении IO-4 мм ртл ст. почти в 1,5 раза выше, чем при 10~6 мм рт. ст.
ГЛАВА 7
ПОСЛЕПРОБОИНЫЕ СТАДИИ ВАКУУМНОГО РАЗРЯДА.
ВАКУУМНАЯ ДУГА
7.1. ИСКРОВОЙ РАЗРЯД
Пробой вакуумного промежутка приводит к искровому разряду с очень быстро меняющейся силой тока, доходящей до нескольких килоампер при рез’ко снижающемся напряжении. В межэлектродном зазоре и на электродах выделяется энергия, запасенная в емкости электродов и непосредственно подключенных к ним конструктивных элементов. Ввиду кратковременности процесса передача энергии от элементов электрической схемы (генератора, конденсаторов), отдаленных от электродов, обычно незначительна. После разрядки емкости электродов через вакуумный промежуток напряжение на зазоре падает до нескольких десятков вольт и разряд переходит в дуговую стадию, если питающая цепь может обеспечить протекание через вакуумный зазор тока силой в несколько ампер. Если же мощность источников питания мала, то разряд 'прекращается или становится нестабильным, прерывистым. ч
Для протекания токов силой, которая наблюдается при вакуумной искре, необходимо заполнение плазмой межэлектродного зазора. Если на катоде и аноде имеются источники соответственно электронов и ионов неограниченной мощности, а плазма в зазоре отсутствует, то из-за ограничений со стороны объемного разряда плотность така между плоскими электродами в вакууме
/ = 1,86(/.+ /Jf (48)
где /э и /и — плотности униполярных токов соответственно
электронов и ионов, ограниченные собственными объемными зарядами; они определяются законом «трех вторых».
Другими словами взаимная компенсация положительного и отрицательного объемных зарядов ори биполярном токе в вакууме повышает униполярный электронный току ограниченный собственным объемным зарядом, менее чем в два раза. Поэтому, например, при зазоре 1 мм и напряжении 1 кв плотность тока в вакууме не может превышать 0,15 а/мм2. Однако в вакуумной искре легко получаются токи силой десяти килоампер при существенно меньшем напряжении, большем зазоре и сечении токового канала менее 10 мм2 [286].
20!
Межэлектродный зазор может заполняться плазмой путем ее образования и накопления в зазоре за счет ионизации остатков газа и путем распространения на весь межэлектродный зазор плазмы, образовавшейся вблизи одного из электродов, например, в результате интенсивной ионизации выделяющегося из электрода плотного облака газа или пара.
При межэлектродных расстояниях несколько миллиметров спад напряжения при пробое происходит за время меньше 10~7 сек. Очевидно, такова продолжительность заполнения плазмой межэлектродного зазора и перехода к низковольтовому разряду в парах материала электродов. Ho пока напряжение на электродах не снизилось, через межэлектродный зазор могут протекать токи ускоренных электронов и ионов очень большой силы. Развиваемая при этом мощность огромна, и в специальных устройствах, где обеспечен хороший подвод электрической энергии к электродам, мощность импульсного потока ускоренных электродов может достигать гигантской величины — более IO13 вт [12, 13]. Естественно, что это свойство начальной стадии развития вакуумной искры находит весьма важное применение — получение интенсивных импульсных потоков ускоренных заряженных частиц, мощных вспышек рентгеновского излучения и т. д.
Пробой визуально наблюдается как появление между электродами более или менее очерченного светящегося канала или облака. Свечение состоит из линейчатого спектра материала электродов, причем отличительной особенностью спектра вакуумной искры является наличие линий многократно ионизованных атомов в глубокой ультрафиолетовой области. При конденсированной искре светящееся облако имеет значительную яркость и может распространяться за пределы межэлектродного промежутка со скоростью больше нескольких километров в секунду.
В. А. Симонов и др. [287] применили для изучения распространения плазмы, создаваемой вакуумной искрой, электрические зонды и масс-спектрометр пролетного типа. Эти измерительные приборы были установлены в стороне от электродов, вне сферы действия их электрического поля, и поэтому регистрировали плазму уже развивавшегося разряда, распространяющуюся приблизительно изотропно во все стороны. При разряде через вакуумный зазор между стержневыми электродами емкостью доли микрофарад, заряженной до 10 кв, скорость распространения фронта плазмы РцЛ зависит от максимума тока в разряде: при силе тока 10 а ^пл= (1,5^-2) • IO4 м/сек, при
