Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
У острийного катода факел возникает при разрушении кончика острия из-за сильного разогрева протекающим по нему током автоэлектронной эмиссии силой около IO-2 а. Только после взрыва в межэлектродном зазоре появляется значительный электронный ток. После нескольких сот пробоев при воздействии импульсов 10—50 кв и длительностью 5—50 нсек радиус кончика острия из-за уноса материала возрастал до 10 мкм. Скорость уноса во время пробоя становилась практически постоянной — 2—3 мг/сек при токах силой 20—100 а к молибденовом острие (при медном катоде унос материала несколько меньше). Из сопоставления тока и уноса материала видно, что за время импульса через межэлектродный зазор, переносится электронов на 1—2 порядка больше, чем их может быть в плазме ікатодного факела, образовавшейся из испарившегося катодного материала. Следовательно, отсос* электронов из факела на анод полностью компенсируется* эмиссией из катода в плазму факела. Плотность этой эмиссии не менее IO11 а/м2, что свидетельствует о ее автоэлектронной природе и в соответствии с этим о наличии сильного электрического поля между плазмой катодного факела и катодом.
На рис. 67 приведена вероятная картина начальной стадии; искрового разряда между плоскими электродами при иниции- , ровании піробоя тепловым взрывом эмиттирующего катодного выступа [222]. При взрыве эмиттирующего катодного вы* ступа получается небольшое плазменное облако. Расширение облака во все стороны и поляризация его в электрическом: поле создают вблизи катода положительный объемный заряд. Это іведет к увеличению поля, из-за чего начинается интенсивная автоэлектронная эмиссия из сравнительно мелких выступов катодной поверхности в окрестности взорвавшегося выступа. Ток, эмиттируемый катодом, увеличивается, увеличивается нагрев и испарение на катоде, и процесс расширяется по поверхности катода, захватывая все новые его участки.
Поле на границе катода с плазмой появляется, по-видимому, в результате разделения зарядов в плазме на длине дебаев-ского радиуса экранирования. В этом случае соотношение меж-
208
ду напряженностью поля Ef в/м., плотностью плазмы п, м и температурой электронов Т, эв, имеет вид
IO-4 Vnf.
E
(49)
Чтобы получить поле, достаточное для интенсивной автоэлект-
эмиссин, плотность
роннои
плазмы
должна быть по-рядка IO20 см~3 при T несколько электронвольт. Микрошероховатость катодной поверхности несколько снижает необходимую величину усредненной напряженности у катода, определяемой формулой (49). Учитывая приближенность подобных оценок, можно считать согласующимися величину необходимой плотности плазмы с оценкой по экспериментальным данным, проведенной в работе '[299]. Эта плотность в первые наносекунды после возникновения катодного факела, когда объем факела еще мал и концентрация частиц соответственно велика, достигала величины IO17 см~г.
При пробое между плоскими электродами, вызванными наносекундными импульсами напряжения и при больших перенапряжениях, может возникнуть несколько независимо развивающихся катодных факелов. Факелы появляются не одновременно, а в течение нескольких наносекунд, причем не только в местах минимального межэлектродного зазора, но и на периферийных участках катода,где напряженность меньше. В работах [177, 298, 299] число независимых катодных факелов достигало 8—16.
Рис. 67. Вероятная картина развития начальной стадии искрового разряда при инициировании пробоя тепловым взрывом эмиттирующего катодного
выступа.
20&
Во всех проведенных на наносекундных импульсах исследованиях свечение на аноде появлялось позже катодного факела и только после того, как сила тока в зазоре достигала нескольких десятков ампер и соответственно с этим мощность, выделяемая электронами на аноде, превышала 1 Мет, причем эта мощность выделялась на небольших участках анодной поверхности общей 'площадью порядка ОД мм2. Образовавшийся при столь концентрированном выделении энергии на аноде факел распространялся в сторону катода со скоростью, 'примерно равной скорости распространения катодного факела (2 см/мксек). Плотность анодного факела существенно выше катодного, так как унос вещества с анода за время имцульса достигает IO-8 г, т. е. на несколько порядков больше уноса вещества с катода.
Таким образом, имеются работы, где свечение появляется сначала у анода, а потом у катода, и работы, где показывается обратное. Вряд ли это противоречие есть результат экспериментальных ошибок, хотя малая чувствительность методики в работе Чайлса [288] могла и не позволить обнаружить слабое катодное свечение. Перівоначальная плазма, распространяющаяся в межэлектродный зазор, по-видимому, может зарождаться как на катоде, так и на аноде, в зависимости от 'конкретных условий эксперимента. Выделению газов и паров из катода или анода и тем более распространению светящегося облака в межэлектродный зазор должен предшествовать разогрев этих электродов уже при протекающем в зазоре токе. По измерениям
С. П. Бугаева и др. [295], начальное свечение на катоде появляется при силе тока около 10 а, существенно большей силы тока инициирования пробоя при любом механизме его возникновения. Таким образом, образование плазмы и распространение ее в межэлектродный зазор есть процесс, следующий за процессом инициирования вакуумного пробоя.
