Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В работе [297] обнаружено влияние поперечного магнитного поля на развитие разряда. Показано, что это поле может уменьшать скорость распространения плазмы и в соответствии с этим увеличивать время заполнения плазмой межэлектродного зазора (примерно на 70% при напряженности 14 кэ). Bp емя коммутации также возрастает, если электроны, эмитти-рованные катодом, могут достигнуть анода. Если же поперечное магнитное поле велико и электроны не проходят с катода на анод, то межэлектродный ток появляется лишь после того, как катодная плазма настолько распространится в зазор, что электроны с ее внешней границы могут попасть на анод. На осциллограммах тока это фиксируется как увеличение времени запаздывания пробоя и соответственное сокращение времени коммутации тока.
Все приведенные экспериментальные данные хорошо согласуются с изложенной выше теорией развития разряда. Однако
* В некоторых работах отмечается отклонение от закона «трех вторых» (ток больше, чем следует по расчету), но не оговаривается, что расхождение получается, если не вводится указанная поправка на ограниченность эмиттирующей поверхности и не учитывается, что часть межэлектродного зазора как бы зашунтирована газоразрядной плазмой.
220
реальная картина явления значительно сложнее простых представлений, которые положены в основу указанной теории. Взрывообразные процессы испарения на электродах и образования плазменных сгустков, появление большого межэлектродного тока и сопровождающего его магнитного поля (что может приводить к линчеванию разряда и развитию плазменных неустойчивостей) делают процесс заполнения межэлектродного зазора плазмой заметно отличающимся от спокойного растекания плазмы из локального ее источника на электроде. На осциллограммах разрядного тока заметны сильные колебания, из об-щего расширяющегося облака плазмы вырываются отдельные
языки, в самой плазме из-за развития неустойчивостей возникают сильные электрические поля, результатом чего, в частности, является возникновение потоков ионов с энергией, во много раз большей, чем при ускорении приложенной к электродам разностью напряжений [310]. Изучение всех этих явлений не закончено, но уже сейчас можно сказать, что они найдут важное практическое применение. Однако изложение этих вопросов выходит за рамки настоящей книги, поэтому рассматривать их здесь не будем.
Если плазма в межэлектродном зазоре образуется за счет ионизации остаточного газа, то разряд во времени развивается не так, как при заполнении зазора плазмой, распространяющейся из локального источника. Длительность искрового разряда зависит от остаточного давления. Чем выше, остаточное давление, тем быстрее происходит образование плазмы в межэлектродном зазоре и тем быстрее произойдет переход к дуге.
Аналитически процесс образования плазмы за счет ионизации остаточного газа был рассмотрен Штенбеком [311] и Фюн-фером [286] в предположении, что на катоде имеется достаточно мощный источник электронов, например поджигающая ж> кра. Тогда ток между электродами—электронный, и он ограничивается собственным объемным зарядом до момента, пока в зазоре не образуется плазма. Ионизация остаточного газа приводит к накоплению в зазоре положительных ионов, в то время как образующиеся электроны вследствие большой подвижности уходят на анод. По мере накопления положительных ионов объемный заряд основного' электронного тока компенсируется, что приводит к возрастанию его, пока средние объемные плотности электронного <7э и ионного qu зарядов в дервом приближении не сравняются.
В этом случае нарастание плотности объемного заряда ионов во времени выражается формулой
t
Qvi ~ Щрк J (58)
о
221
где По — число молекул остаточного газа в единице объема;
аи — сечение ионизации газа электронами, плотность тока которых /8. Тогда
h = Я* VlZeUlm:, qa « qB; /Ир = — Cin ¦ dU/dt, (59)
где Ap — площадь электродов, охваченная разрядным током;
Cm—емкость электродов, а закон изменения тока разряда принимает вид
/ = ApJ9 = n0aaqs V (2е/т) [U0 — qs/CJ, (60)
t
где <7s= A^fjadt — заряд, лрошедший через разрядный проме-
о
жуток. Сила тока будет максимальной
4акс = °»54 VeJm СшиУ‘п0оя (61)
при (/я =0,67 CuiUo и мгновенном напряжении, в три раза меньшем начального U0.
Длительность разряда при такой схеме его развития зависит от значения начального тока Iq: при очень малом начальном токе накопление ионов будет идти медленно. Практически длительность разряда определяется по осциллограммам и обычно
приравнивается к интервалу времени, за который ток возра-
стает до максимума от величины, приблизительно в 10 раз меньшей. Тогда преобразованием выражения (60) нетрудно получить продолжительность нарастания тока или продолжительность искровой стадии разряда:
т0(1-1 ~ (3/п0аи) VmfMT0. (62)
При этом предполагалось /0<0,1 /макс*
Вытекающие из зависимости (62) обратная пропорциональность времени разряда остаточному давлению и независимость їо.і-і от величины зазора служат удобными критериями проверки правильности исходных предположений, в частности, что же в конкретном случае является определяющим — ионизация остаточного газа или распространение плазмы в зазор из локального источника на одном из электродов. Во втором случае время искровой стадии не зависит от остаточного давления и должно увеличиваться с ростом межэлектродного расстояния.
