Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
CFn 10 Ои-
В работах [100, 348] получено также выражение, определяющее нагрев эмиттирующего выступа и окружающего его участка катода из-за бомбардировки их положительными ионами вещества анода. При вышеуказанных условиях увеличение температуры вершины эмиттирующего выступа определяется соотношением
В этом выражении первый член, стоящий в скобках, определяет нагрев плоской части катода, окружающей эмиттирую-щий выступ, а второй — нагрев самого выступа. В отличие от нагрева выступа джоулевым теплом, нагрев его ионами не зависит от формы (профиля) выступа, если выступ не суживается к основанию. Это происходит потому, что при расширяющемся к основанию выступе ионы не только попадают на вершину, но
(77)
A T = (54<типа/Д) (I +'Vhls).
(78)
250
и бомбардируют боковую поверхность, что полностью компенсирует уменьшение теплового сопротивления из-за увеличения поперечного сечения выступа.
Как известно из опытов с острийными катодами (см. разд. 4.7), плавление эмиттирующего выступа приводит к пробою. Поэтому выражение (78) при подстановке в него вместо AT температуры плавления материала катода превращается в критерий возникновения пробоя из-за нагрева катода ионами, образовавшимися при ионизации паров анода.
Кроме рассмотренных выше двух процессов, связанных с ионизацией паров анода электронами, эмиттируемыми катодным выступом, к пробою может приводить и возникновение самостоятельного разряда в парах анода вблизи места их образования. Возможность такого инициирования пробоя рассмотрена в работе [347], В качестве критерия возникновения разряда в парах анода была взята величина показателя экспоненты ионизационного нарастания j On(x)n&(x)dx= 15. Это значение примерно соответствует условиям зажигания газового разряда при небольших межэлектродных расстояниях [349]. При этом зависимости сечения ионизации аи и плотности анодных паров па от х были взяты теми же, как и при выводе выражений (77) и (78), чтобы можно было сопоставить эффективность всех трех процессов как инициаторов пробоя. Оценки показали, что наибольшее нарастание ионизации получается, когда электрон, начинающий лавину, стартует не с катода, а на небольшом расстоянии от анода, где велика плотность паров. Дело в том, что при старте электрона с катода к тому времени, как он попадает в область высокой плотности паров, энергия электрона становится значительной, а сечение ионизации соответственно малым. Поэтому величина нарастания ионизации в зависимости от места старта электрона имеет вид кривой с максимумом. Положив, что именно этот максимум равен указанному выше значению 15, можно получить следующее условце зажи-* гания разряда в парах анода:
где I — длина ускорения электронов до энергии, при которой сечение ионизации электронами анодных паров максимально (равно сги) и падает при дальнейшем увеличении энергии элек-
Закорачивание части межэлектронного зазора при возникновении разряда вблизи анода и объемный заряд ионов, вытягиваемых из плазмы разряда на катод, увеличивают напряженность на катоде, а бомбардировка катода этими ионами приводит к его нагреву. Это, согласно оценкам в работе [347], вызывает межэлектродный пробой. Таким образом, выражение (79), определяющее условие возникновения самостоятельного разря-
(79)
тронов
251
да в парах анода, есть одновременно и критерий возникновения пробоя.
Выражения (77) — (79) совместно с уравнением теплового баланса на аноде (73) позволяют рассчитать токи, вызывающие пробой, при рассмотренных выше анодных механизмах пробоя, если в качестве одного из параметров расчета взять высоту эмиттирующего выступа h. На рис. 76 приведены типичные зависимости этих токов от напряжения Между электродами для плоских молибденовых электродов при ? = 200 кв/мм и Л = = 1 мкм. На этом же рисунке приведены значения силы тока, при которой расплавленное пятно на аноде достигает таких размеров, что, согласно выражению (71), под действием электростатических сил в этом месте начинает расти выступ.
Если следовать данным рис. 76, то для гладкого монолитного анода (кривые U 3, 5) при малых напряжениях наиболее эффективным процессом, вызывающим пробой, будет прогрессивное нарастание объемного заряда (кривая /), так как оно протекает при наименьшей силе тока. Начи-
6 10
20
W 60 ЮОЦфКв
Рис. 76. Автоэлектронный ток с катодного выступа, вызывающий пробои при различных его механизмах:
/, 2 — прогрессивное нарастание объемного заряда; 3, 4 — нагрев эмиттирующего выступа при ионной бомбардировке; 5, 6 — возникновение самостоятельного разряда в парах анода; 1, 3, 5 — при гладком монолитном аноде; 2, 4—6 — при росте на аноде выступа;--------— ток, при котором
на аноде образуется выступ.
ная примерно с 15 кв этому процессу будет предшествовать рост выступа в месте нагрева (и испарения) на аноде. Из-за роста выступа, приводящего к изменению геометрии нагреваемого участка анода, теплоотвод от него в тело анода резко ухудшается. Тогда энергия, выделяемая электронным пучком вблизи вершины выступа, будет расходоваться в основном на испарение материала. Для таких условий (Я=0) построены кривые 2, 4 и 6 на рис. 76. Сила тока, необходимая для инициирования пробоя, уменьшается. При переходе на кривые 2, 4, 6 механизм пробоя ос-
