Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
* По наблюдениям Броуди [93], в некоторых случаях исчезновению центра эмиссии и уменьшению темнового тока предшествует небольшой бросок тока, что можно объяснить как результат нагрева выступа перед его окончательным разрушением.
245
Катод
Межэлектродный зазор
Анод
і
Электронная эмиссия при фотонной и
ионной бомбардировке
Автоэлектронная эмиссия с выступа
і
Нагрев выступа джоулевым теплом и
теплом Ноттингама
t
і
Плавление
выступа
I
Термоэлектронная
эмиссия
Гибель (сглаживание) эмиттирующего выступа
I
I Образование ионов вблизи
Десорбция газа и испарение
материала эмиттирующего выступа
1
Усиление напряженности у катода
Нагрев катода в результате бомбардировки
t
Рост эмиссии электронов из-за изменения формы выступа и напряженности у катода
Эмиссия вторичных ионов и рентгеновское излучение
Фокусировка электронного пучка
t
Ионизация выделяющихся газов и
паров
Образование поверхностных пленок из-за крекинга углеводородов
Появление расплавлен ного пятна
Десорбция газа и испарение
материала
і
t
Нагрев оторвавшихся капель электронным потоком и образование ионизированных паров
t t Отрыв электростатическими силами капель или агрегатов
Изменение рельефа катода из-за активации поверхностной диффузии, переноса материала с анода и катодного распыления
I
Активация поверхностной диффузии, ослабление механической прочности
Рост выступов под действием электростатических сил
I
Взрыв эмиттирующего выступа
Рис. 75. Процессы, сопрО' вождающие автоэлек тронную эмиссию.
Нагрев эмиттирующего выступа на катоде может вызвать ряд явлений. Одно из них — изменение формы выступа из-за диффузии, перекристаллизации, а также ползучести под действием электростатических сил. Эти процессы, весьма слабые в обычных условиях, резко усиливаются и ускоряются при приближении к температуре плавления. Расплавление выступа в зависимости от баланса механических сил может привести к заострению его, усилению тока или к сглаживанию (оплавлению вершины выступа), т. е. к разрушению его как эмиттера электронов. Другое следствие нагрева — выделение в зазор сорбированных газов и затем паров материала катода. Ионизация выделившихся газов и паров усиливает электрическое поле вблизи катода, что способствует дальнейшему росту тока и развитию вторичных процессов (выделению газов, паров и т. д.).
Перечисленные процессы развиваются только на катоде и в непосредственной близости от него. Можно наметить также процессы, связанные с локальным нагревом на аноде при бомбардировке его электронами. Появление расплавленного пятна на аноде может привести к отрыву под действием электростатических сил капель материала. Выделение сорбированного газа, испарение материала и последующая ионизация паров, так же как и при аналогичных явлениях на катоде, в конечном счете ¦ усиливают поле у катода и, следовательно, ток автоэлектронной эмиссии. Помимо этого, ионы, образовавшиеся вблизи анода, приобретают большую энергию и, бомбардируя катод, нагревают его, а также вызывают катодное распыление, что вместе с активацией поверхностных процессов на катоде приводит к изменению рельефа и свойств последнего. Появление в зазоре положительных ионов может привести к фокусировке электронного пучка — его сужению. Это увеличивает нагрев и испарение на аноде.
Описанные процессы могут идти одновременно, но с разной интенсивностью, зависящей от конкретных условий. Например, при острийном катоде и плоском аноде пучок электронов от катода сильно расширяется и нагрев на аноде незначителен. Поэтому в этих условиях к пробою могут привести только процессы, связанные с нагревом джоулевым теплом эмиттирующего острия, хотя общее количество энергии выделяется на аноде больше, чем на катоде. Напротив, при плоских электродах процессы на аноде более интенсивны и нарушение вакуумной изоляции может быть вызвано именно этими процессами.
Инициирование вакуумного пробоя электронным током является основой ряда гипотез о механизме этого явления. Одна из первых — гипотеза Семенова [346], где возникновение проводимости между электродами в вакууме объясняется ионизацией электронами выделяющихся из анода газов и паров, а последующий выход электронов из катода — вторичной эмиссией (или термоэлектронной эмиссией) при бомбардировке катода уско-
247
ренными ионами. В дальнейшем подобные представления были развиты Арналем [123] и Блюитом с Тернером [127] применительно к возникновению микроразрядов и электронной нагрузки в ускорительных трубках. Представления о механизме пробоя, аналогичные гипотезе Семенова, развивал и В Н. Глаза-нов [HO] Бойль и др. [195] создали теорию пробоя очень малых межэлектродных зазоров, где главную роль играет образование положительного объемного заряда из-за ионизации выделяющихся из анода паров и связанное с этим усиление автоэлектронного тока. Процессами, связанными с бомбардировкой анода электронами, объясняют возникновение пробоя Чаттер-тон [17], Шабонье [342], Мейтланд [193], Девис [201], автор настоящей книги [100, 167, 347] и другие, хотя в некоторых работах [17, 193] и не уточняется, какие именно физические процессы приводят к пробою.
