Кроме ПИЭЛ с ограниченной продолжительностью токоотбора вследствие несоответствия между эмиссионной способностью плазмы и пропускной способностью промежутка рассмотрим также ПИЭЛ, в которых длительность рабочего периода ограничивается временем развития в ускоряющем промежутке неустойчивостей других типов.
Образование плазмы у катода вакуумного промежутка при достаточно высоком напряжении в промежутке и поступление электронов из этой плазмы на анод представляют одну из стадий развития вакуумного пробоя. Поэтому создание и совершенствование таких ПИЭЛ тесно связано с исследованием вакуумного пробоя. Решающий вклад в рассмотрение этого явления сделан Г. А. Месяцом и Г. Н. Фурсеем
Если к вакуумному промежутку между холодными металлическими электродами приложить высокое напряжение, то напряженность поля у кончика острия катода или у поверхности естественных микровыступов плоского катода будет настолько большой, что возникает интенсивная автоэлектронная эмиссия. Перегрузка катодного выступа собственным автоэмиссионным током, переходящим в ток термоавтоэлектронной эмиссии, приводит к взрывообразному разрушению.
После взрыва катодного выступа у места взрыва появляется плазменное образование, названное катодным факелом Степень ионизации плазмы в катодном факеле близка к 100%, непосредственно у острия концентрация частиц ne=1026÷1027 м−3, а в области 10−6—10−5 м в среднем ne=1024÷1025 м−3. Температура плазмы составляет Те≈Тi≈(104—105) К Наблюдения распространения фронта светящейся границы плазмы показали, что катодный факел расширяется и, таким образом, приближается к аноду. Скорость расширения катодного факела слабо зависит от приложенного напряжения и составляет для Al— 3,4∙104; Cu— 2,6∙104; Mo— 2,0; Pb— 1,1∙104 м/с
После взрыва острия и возникновения катодного факела электронный ток в промежутке возрастает на 2—3 порядка. Интенсивную эмиссию электронов из катода через фазовый переход от металла к плотной плазме называют взрывной эмиссией. Плотность тока взрывной эмиссии j=108 А/см2 и значительно превышает плотность тока автоэлектронной эмиссии, которая имеет место в отсутствие плазмы. Механизм выхода электронов из катода при взрывной эмиссии предполагается близким к механизму электронной эмиссии в катодных пятнах. Выходящие из плазмы в вакуум электроны ускоряются напряжением, приложенным к промежутку, и формируются в пучок.
В работе показано, что электроны в катодном факеле обладают свойствами идеального газа, подчиняющегося статистике Максвелла— Больцмана. Плотность тока электронной эмиссии из плазмы катодного факела определяется соотношением (16). В большинстве случаев электронный ток в диоде со взрывной эмиссией связан с приложенным напряжением законом «степени 3/2», что возможно лишь в отсутствие у эмиссионной поверхности поля, ускоряющего электроны. Эмиссионная способность плазмы катодного факела обычно превышает пропускную способность промежутка между фронтом факела и анодом Это обусловливает на границе плазма— вакуум поле, тормозящее электроны и ускоряющее ионы, а также минимум потенциала вблизи границы. Такое распределение поля наряду с первоначально запасенной в катодном факеле энергией являются причинами расширения факела. Увеличение при этом первеанса промежутка вызывает возрастание отбираемого из факела и протекающего в промежутке тока. Таким образом, в ПИЭЛ на основе взрывной эмиссии плазма, с одной стороны, обеспечивает в контакте с твердым телом интенсивную эмиссию электронов из катода, превышающую автоэлектронную эмиссию, а с другой— повышает пропускную способность диода благодаря частичному заполнению факелом межэлектродного промежутка. Максимальная длительность токоотбора ограничивается временем прохождения катодного факела до анода и во многих случаях не превышает 10−7 с. При значительных токах бомбардировка анода высокоэнергетичным электронным пучком с плотностью мощности на аноде до 10е Вт/см2 приводит к появлению на аноде плазменного образования, называемого анодным факелом. Расширение анодного факела сокращает длительность электронного пучка. После замыкания плазмой межэлектродного промежутка развивается низковольтная дуга.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.