Высоковольтный пробой вакуумного промежутка. Пробой непосредственно через вакуумный промежуток. Катодные процессы.
Процессы на электродах большой площади.
Экспериментально показано, что на чистых кондиционированных плоских электродах большой площади пробой происходит при достижении критической плотности тока jкр~ 108 А/см2. Такая плотность тока достигается при напряжённости поля на катоде Eкр > 7*107 В/см. Время задержки от приложения напряжения до пробоя зависит от средней напряжённости поля и не зависит от длины промежутка и напряжения. При пробое у поверхности катода появляется свечение – плазменные факелы. Это позволяет утверждать, что пробой происходит в результате взрывоэмиссионного процесса, как это имеет место для одиночного острийного эмиттера. Столь высокая напряжённость критического поля поля Eкр > 7*107 В/см (при среднем поле ~ 106 В/см и менее) обеспечивается локальным усилением поля на микровыступах катода. На свежих (не кондиционированных) электродах пробой происходит при более низкой средней напряжённости поля. Это можно объяснить не только более высоким коэффициентом усиления поля, но и локальным снижением работы выхода (например, на границе зёрен).
Электронно-оптические фотографии пробоя показывают, что инициация дуги начинается в результате взрывного процесса на катоде. Анодное свечение появляется с задержкой 16 нс.
Найденные экспериментально значения критического поля и работы выхода при пробое между плоскими электродами большой площади:
«…процесс перехода к дуге и есть взрывная эмиссия электронов» Г.А. Месяц, Эктоны, ч.I, с.19, Екатеринбург, УИФ «Наука», 1993.
Высоковольтный пробой вакуумного промежутка. Процессы на аноде. Долгое время предполагалось, что процессы на аноде могут играть значительную роль при пробое вакуумного промежутка, а возможно, и основную. Ток автоэмиссии с катода приводит к десорбции атомов с анода. Эти атомы ионизуются и в межэлектродном промежутке появляются ионы H+, H2+, C+, O+, CO+ и др.. Ионы, дрейфуя к катоду, увеличивают ток и т.д. Происходит пробой. Эта идея развивалась, дополнялась и усложнялась (например, рассматривалось плавление анода, вытягивание из него и отрыв капли, испаряющейся на пути к катоду, образование у поверхности этой капли микроразрядов). При высоких плотностях потока энергии в анод q происходит интенсивное испарение его поверхности и образование плазменного факела (скорость его распространения очень слабо зависит от q). На аноде образуются эрозионные кратеры. Существенным аргументом было обнаружение свечения вблизи анода на ранних стадиях разряда, когда вблизи катода свечения ещё не наблюдалось. Развитие техники наносекундных импульсов и увеличение временного разрешения регистрирующей аппаратуры решило долгий спор в пользу катода. Короткая, а потому трудно регистрируемая вспышка света у катода, предшествует появлению свечения (значительно более интенсивного) у анода. Однако и в настоящее время существует точка зрения, что катодные процессы ответственны за пробой относительно коротких промежутков. Пробой длинных промежутков, который происходит при весьма высоких напряжениях (а, значит, энергия электронов, бомбардирующих анод, высока), инициируется с анода (противники анодного механизма отмечают, что плотность потока энергии на поверхность анода при этом падает, растёт глубина проникновения электронов в анод, а значит энергия выделяется не на поверхности, а в некотором объёме). Роль процессов на аноде на более поздней стадии – при переходе в дугу - важна и никогда не оспаривалась. Характерные значения (в предпробойной стадии, до перехода в дугу): плотность потока энергии в анод q ~ (107 – 109) Вт/см2; скорость распространения анодного факела v ~ (7 – 8)*105 см/с.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.