Разряд с полым катодом. Разряды с осциллирующими электронами. Высоковольтная и сильноточная формы разряда

Взаимосвязь между давлением в вакуумной камере р_v и давлением в разрядной камере р_d иллюстрируется cледующей таблицей.

В ходе экспериментов при заданном токе разряда измерялись зависимости U_d  от диаметра анодного диска d_а и длины анодного стержня l_а. Измерения проводились при различных давлениях вплоть до минимальных, достигнутых в экспериментах. Полученные зависимости приведены на рис. 3 и 4.                            

 Рис. 1. Газоразрядная система с анодным диском 1 и полым катодом 2.

Рис. 2. Газоразрядная система со стержневым анодом 1 и полым катодом 2.

При уменьшении размеров анода сначала происходит снижение напряжения горения, но после того как отношение площади анода S_a к площади катода S_c  достигало величины ~ 4, где m и M - массы электрона и иона, соответственно, для дискового анода и ~  для стержневого анода, напряжение горения начинало возрастать. Ухудшение условий горения при уменьшении отношения площадей ниже указанной величины можно объяснить возникновением трудностей с транспортировкой электронов. к аноду, так как именно при выполнении условия S_a / S_c   уход электронов на анод, происходящий благодаря их тепловому движению с характерной скоростью , где k - постоянная Больцмана, T_e - электронная температура, уже не может обеспечить баланс анодного и катодного токов, поскольку ионы уходят на катод не с тепловой,  а с бомовской скоростью v_b = .

Рис. 3. Зависимости U_d  от диаметра анодного диска D.

Рис. 4. Зависимости U_d  от длины анодного стержня l_а .

Р (мПа): 1 - 9, 2 - 18, 3 - 27, 4 - 54

Эти результаты согласуются с экспериментальными данными, приведенными в работе Метеля, в которой исследовался разряд с полым цилиндрическим катодом, горящий на анод большой площади но через сравнительно небольшое выходное отверстие в торце полого катода. В этой работе понижение давления и напряжения наблюдалось при уменьшении отношения площадей апертуры и катода также лишь до величины ~ . При меньших размерах выходного отверстия рабочее давление и напряжение горения возрастали. Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод, что в разряде с полым катодом  увеличение эффективности электронной ловушки выше некоторого оптимального значения приводит к ухудшению условий горения разряда, что обусловлено трудностями с замыканием электронного тока на аноде.

Следует, однако, отметить, что при повышенных давлениях использование анода с площадью в несколько раз меньшей чем S_cснова приводило к уменьшению напряжения горения (см. кривые 3 и 4 на рис.3 и 4) . Для более детального выяснения причин неоднозначного влияния размеров анода на характеристики разряда была разработана упрощенная аналитическая модель разряда с полым катодом, которая будет изложена ниже.

Модель разряда. Условие самостоятельности.

Мы рассмотрим условия реализации сильноточной формы. Механизм ее поддержания следующий: ионы из разрядного промежутка поступают на катод и вызывают эмиссию из него электронов, которые ускоряются в катодном