Искровая стадия вакуумного разряда.
Простейшая модель разряда.
Предположения модели: плотная плазма малого размера с резкими границами расширяется от одного из электродов (с постоянной скоростью טф и с постоянным углом расходимости) и со временем перекрывает межэлектродный промежуток; в незаполненной плазмой части промежутка ток переносится либо электронами (расширение от катода) либо ионами (расширение от анода). (Аф – площадь переднего фронта плазмы, когда он достигает противоположного электрода, S – длина межэлектродного промежутка)
На зависимость U(t) влияет схема подачи напряжения на электроды. 1. Ёмкость электродной системы и присоединений Cш настолько велика, что полностью обеспечивает ток искры, а притоком энергии от внешней цепи можно пренебречь (обычные условия работы вакуумной изоляции).
2. Электроды с пренебрежимо малой ёмкостью подключены через резистор R к источнику постоянного напряжения U0 (этот случай близок к условиям работы искровых вакуумных разрядников).
Введём безразмерные переменные t* = טф t / s, U* = U / U0, I* = I / Io, где Кроме того, введем параметры, характеризующие отношение тока в вакуумном зазоре к току, который может обеспечить электрическая цепь: (здесь τ = s/ טф).
I0, а следовательно и η1 , η2, зависят от направления распространения плазмы.
Пример расчёта для первого случая.
Параметры расчёта: U0 = 60 кВ, s = 5 мм, Сш = 60 пФ, טф = 25 км/с, Аф = s2 если плазма распространяется от катода, то η1 = 1,92, а если от анода, то η1 = 0,0315 (если ионный ток обеспечивается ионами Н2+).
Видна сильная зависимость от места образования плазмы; кроме того, с уменьшением η1 увеличивается tз.
Искровая стадия вакуумного разряда.
Простейшая модель разряда. (Продолжение)
Расчёт для второго случая: вакуумный промежуток подключён к источнику через сопротивление R.
Видно, что чем меньше η2, тем позже начинается рост тока (малые η2 – ионный токоперенос, т.е. движение плазмы от анода). Максимум тока всегда в конце импульса.
В рамках этой модели можно оценить минимальное число заряженных частиц в плазме (а, значит, и минимальную энергию, необходимую для инициации разряда), которое необходимо для распространения плазмы на весь межэлектродный промежуток (предполагается , что для этого необходимо, чтобы в любой момент протекающий ток был меньше хаотического тока в плазме). Оказывается, что при зарождении плазмы у анода частиц требуется значительно больше, а, значит, требуется значительно больше энергии на их создание.
Рассмотренная модель чрезвычайно упрощена. Она не учитывает процессов на электродах. При появлении плазмы на аноде вторичные процессы на катоде разовьются только в заключительной фазе искры, когда ионы дойдут до катода. Поэтому для оценок развития искры при появлении плазмы у анода модель не так плоха. Она даёт, например, неплохую оценку минимальной энергии, необходимой для развития разряда в этом случае. При появлении плазмы у катода вторичные процессы оказывают решающее влияние на самой начальной стадии искры (образование под плазмой взрывоэмиссионных центров, генерирующих дополнительную плазму и увеличивающих ток). Поэтому рассмотренная модель сильно завышает минимальное значение числа необходимых частиц и, соответственно, минимальную энергию, необходимую для инициации разряда. Однако другие предсказания модели (наличие фаз задержки и коммутации, их длительности в разных условиях) оказываются в хорошем согласии с экспериментом. Фактически, эта модель полезна при анализе процессов в искусственно инициируемом искровом разряде, когда пробой промежутка, находящегося под высоким напряжением (но более низким, чем напряжение пробоя) осуществляется путём генерации вблизи одного из электродов плазменного сгустка. Это может быть осуществлено с помощью лазера или с помощью вспомогательного электрода.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.