Диапазон рабочих давлений в тиратроне соответствует условиям, когда длина свободного пробега электрона для реакции ионизации превышает d. Тем не менее газовая среда играет важную роль в инициировании и поддержании разряда. Здесь имеет место промежуточный случай между «чисто» вакуумным разрядом и классическим газовым разрядом, в котором механизм пробоя связан с развитием электронных лавин, инициируемых одиночными электронами. Для развития пробоя необходим существенный начальный ток электронов с катода, близкий по величине к предельному электронному току вакуумного диода. Идея механизма пробоя в таких условиях была высказана Ленгмюром. Важным понятием для этих условий является так называемая критическая концентрация нейтральных частиц в зазоре nкр или критическое давление газа pкр:
, (12.1)
где si- среднее сечение ионизации нейтральных частиц под действием электронного пучка, стартующего с катода, m/M - отношение массы электрона к массе иона.
Среднее число ионизаций, производимое единичным электроном в зазоре, nкрsi d »1. Если концентрация нейтральных частиц na < nкр , то газовый разряд не может возникать, и зазор d будет представлять собой вакуумный электронный диод с ионной компенсацией. Для условий тиратрона na > nкр , и основным фактором в развитии разряда становится избыточный объемный заряд положительных ионов, которые накапливаются в зазоре со временем. Это происходит потому, что часть электронов из полного потока все же вступает в реакцию ионизации, а время ухода ионов из зазора ti существенно больше, чем время ухода электронов. Тогда электрическое поле вдоль промежутка искажается таким образом, что распределение потенциала становится немонотонным. Вблизи анода возникает область горба потенциала, являющаяся ловушкой для электронов. Благодаря осциллирующему движению электронов в этой области (подобно осцилляциям в полом катоде тлеющего разряда) обеспечивается эффективная генерация плазмы в прианодной области и распространение фронта плазмы в сторону катода (сетки). Характерное время возникновения области горба потенциала имеет порядок ti [13]. При приближении фронта плазмы к сетке на ней возникает импульсный потенциал, поскольку потенциал анода переносится в зазор d при распространении фронта ионизации. Далее плазма генерируется в отверстиях сетки, происходит развитие сильноточного разряда в промежутке сетка–катод и процесс коммутации завершается. Возникающий сильноточный разряд с низким падением напряжения между катодом и анодом можно классифицировать как дугу с полым накаленным катодом. Сетка здесь оказывается под потенциалом, практически равным плавающему. Это значит, что вблизи внутренней поверхности сеточных отверстий имеется нескомпенсированный объемный заряд положительных ионов, обеспечивающий существование области отрицательного падения потенциала длиной l » D, где D – размер отверстий сетки. Величина отрицательного падения потенциала U и длина l самосогласованно устанавливаются так, чтобы хаотический ток электронов из плазмы, преодолевающий потенциальный барьер eU, и ионов, генерируемых в области отверстия, были равны друг другу (полный ток на сетку близок к нулю).
Одним из важных факторов, обеспечивающих возможность работы тиратрона с высокой частотой следования импульсов, является быстрая деионизация промежутков анод-сетка и сетка-катод в паузе между импульсами. В современных сильноточных приборах степень ионизации газа составляет до 10% (концентрация плазмы порядка 1015 см -3). На начальных этапах деионизация обусловлена процессом рекомбинации, а по мере уменьшения концентрации заметную роль играет процесс амбиполярной диффузии на стенки и ухода заряженных частиц под действием электрического поля. В связи с этим для уменьшения времени деионизации рекомендуется использовать электрические схемы, обеспечивающие небольшое (до сотен вольт) падение напряжения между сеткой и катодом и сеткой и анодом. Для этой цели в приборы также иногда вводятся дополнительные электроды, способствующие рассасыванию зарядов на поздних стадиях распада плазмы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.