Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Однако эти же виды эмиссии без вторичных процессов, связанных с нагревом электродов (хотя бы локальным), быстрой десорбцией газа или испарением материала, не в состоянии привести к вакуумному пробою с возможностью перехода к низковольтовому разряду Поэтому особенно важно рассмотреть те процессы, которые могут привести к заполнению плазмой межэлектродного зазора и образованию на катоде источника электронов Оба этих условия в значительной степени идентичны, так как заполнение плазмой межэлектродного зазора невозможно без интенсивного испарения на том или другом электроде, а источником энергии для такого испарения в первую очередь должен быть электронный ток С другой стороны, заполнение плазмой межэлектродного зазора сконцентрирует электрическое поле вблизи катода (вызовет интенсивную бомбардировку ионами), что неминуемо приведет к образованию достаточно эффективного источника электронов на катоде
Рассмотрение физических процессов, которые могут отрицательно повлиять на качество вакуумной изоляции (привести к ее пробою), является основным содержанием последующих разделов Очередность рассмотрения определяется удобством изложения Так, воздействие на электроды электростатических сил во многих случаях не играет заметной роли в инициировав
239
ний вакуумного пробоя, однако это явление удобно рассмотреть одним из первых, так как оно может играть существенную роль в развитии пробоя, инициированного другими физическими процессами. Например, автоэлектронная эмиссия с выступа на катоде может привести к расплавлению его вершины. Ho что произойдет с этим выступом дальше — будет ли фя быстро вытягиваться (что приведет к росту автоэлектронной эмиссии) или, наоборот, сглаживаться, оплавляться (что вызовет уменьшение тока), — зависит от баланса механических сил, т. е-от соотношения электростатических сил и сил поверхностного натяжения.
Ниже показано, что несколько различных совокупностей физических процессов может независимо привести к пробою, т. е. что существует несколько различных механизмов пробоя. Однако в реальных условиях эти механизмы, эти процессы часто действуют одновременно и взаимосвязано, как бы помогая друг другу в инициировании пробоя. Поэтому рассмотрение отдельных механизмов носит несколько формальный ха* рактер, хотя оно и безусловно полезно, так как помогает разобраться в общей весьма сложной и запутанной совокупности физических процессов, вызывающих вакуумный пробой.
Из шести групп гипотез две в дальнейшем подробно не рассматриваются. Одна из них — гипотеза об инициировании пробоя взаимной вторичной эмиссией — была в свое время выдвинута Трампом и Ван де Граафом [188, 333] для объяснения эффекта полного напряжения. Условие возникновения пробоя по их гипотезе имело вид (с сохранением принятых этими авторами обозначений)
AB + CD > I7 (67)
где AnC — коэффициенты выхода из анода соответственно ионов и фотонов при электронной бомбардировке; В — коэффициент эмиссии электронов под действием бомбардировки катода положительными ионами; D — среднее число вышедших из катода в результате фотоэффекта электронов на один испущенный анодом фотон. Последующие измерения этих коэффициентов, выполненные этими же исследователями [188, 334—336] показали невозможность соблюдения условия (67). Поэтому гипотеза представляет лишь исторический интерес. Однако взаимная вторичная эмиссия, т. е. механизм ABj согласно уравнению (67), определяет возникновение и развитие микроразрядов„ и в этом смысле выражение (67) сохраняет свое значение с той разницей, что коэффициент В определяет эмиссию из катода отрицательных ионов, а не электронов (см. разд. 3.3).
Другая группа гипотез, высказанных некоторыми исследователями [303, 337—340], об инициировании вакуумного пробоя различными процессами в диэлектрических пленках и включениях на поверхности заслуживает серьезного рассмотрения*
240
но почти цолное отсутствие соответствующих экспериментальных данный не позволяет проанализировать возможность такого инициирования пробоя. Приведенные же в разд. 6.1 данные о повышении злектропрочности при наличии на катоде тонких диэлектрических слоев (даже частично разрушенных пробоями) позволяют усомниться в существенной роли процессов в пленках как инициаторов пробоев.
\
8.2. Д^ИСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ СИЛ
При высоких напряженностях электрического поля, характерных для вакуумной изоляции, электростатические силы достигают значительных величин, и это может отрицательно сказываться на качестве этой изоляции. Влияние электростатических сил может быть двояким. Во-первых, как уже рассматривалось в разд. 2.2, электростатические силы, изменяя скорость к даже направление поверхностной диффузии, способствуют росту выступов на поверхности. В результате этого может возрасти коэффициент |л и соответственно снизиться средняя пробивная напряженность. Во-вторых, электростатические силы в отдельных местах поверхности электродов могут достичь предела механической прочности материала, что приведет к разрушению» поверхности, отрыву от нее частиц. Ниже приведены значения напряженности электрического поля, при которых электростатические силы становятся равными разрушающим механическим напряжениям [341, 342].
