Сильноточная вакуумная дуга. Основные применения, определяющие направление исследований, страница 6

Результаты: Энергия направленного движения первичных ионов Ei ~ 60 эВ; температура вторичных ионовTi = 4,5 эВ; Температура атомов у анода Taa = 5 эВ; Температура атомов в середине промежутка (оценка) Taп < 0,5 эВ Анод поверхностный источник атомов (ион-атомная эмиссия под действием первичных ионов). Средняя энергия в распределении вторичных атомов ~ 5 эВ (для меди). Капли – объёмный, но значительно менее эффективный источник атомов с энергией в несколько десятых эВ.

Блок-схема спектроскопических измерений высокой разрешающей силы.

Подгонка методом наименьших квадратов расчета к эксперименту. Параметры: энергия направленного движения первичных ионов, температура вторичных ионов и отношение их концентраций.

Осевое распределение интенсивности излучения атома CuI. Анод слева.

Сильноточная вакуумная дуга.

Свободногорящая дуга. Неустойчивость развитой дуги. Межэлектродный промежуток фиксирован, поджиг вспомогательным электродом, питание прямоугольным импульсом тока.

Свободно горящая дуга фиксированной длины h=6 mm на медь-хромовых контактах диаметром 30 mm. Питание прямоугольным импульсом тока I6 kA. Дуга поджигалась в центре катода. a) и b) – осциллограммы тока и напряжения; с) – выборка кадров скоростной фотосъёмки под углом ~10 к оси контактной системы. Катод внизу. Экспозиция кадра 25 s. Номера кадров соответствуют числам на осциллограмме тока.

Развившаяся СВД, т.е. дуга, катодная привязка которой полностью охватила всю рабочую поверхность катода, оказывается неустойчивой. Это внутренняя неустойчивость дуги и потому дугу нельзя стабилизировать с помощью внешней цепи. Для стабилизации необходимо воздействовать непосредственно на дугу. Это может быть сделано с помощью внешнего аксиального магнитного поля. Такой способ стабилизации весьма эффективен и широко применяется (будет рассмотрен ниже).

Сильноточная вакуумная дуга.

Свободногорящая дуга.

Динамическая модель дуги.

Свободногорящая СВД принципиально нестационарный объект свойства которого определяются приэлектродными процессами. Стационарные модели для описания СВД непригодны. Необходима нестационарная модель. Нестационарная, динамическая модель должна учитывать динамику КП и генерацию вторичной плазмы. Пока создана только качественная модель. Основная сложность создания математической модели СВД связана со сложностью описания состояния плазмы в межэлектродном промежутке. Плазма межэлектродного промежутка состоит из электронов и двух групп ионов: быстрых ионов, источником которых являются КП, и медленных термализованных ионов анодного происхождения. Ионы, принадлежащие разным группам, практически не взаимодействуют между собой. То есть, быстрые катодные ионы летят по прямолинейным траекториям сквозь облако медленных вторичных ионов и не теряют энергии. Электроны находятся в столкновительном режиме.

Причины образования анодного пятна.

Перемещение КП на боковую поверхность катода приводит к резкому увеличению потерь ионов из межэлектродного промежутка. Струи из КП, расположенных на боковой поверхности, направлены не к аноду и ионы в этих струях не участвуют в компенсации пространственного заряда электронов у анода (тяжёлые ионы летят с большой направленной скоростью и теряются на окружающих дугу экранах). Резкий подъём напряжения на дуге связан с изменением знака анодного падения потенциала с отрицательного (на стадии развития) к положительному. При положительном анодном падении прианодная область неустойчива относительно контракции (испарительно- ионизационная неустойчивость). Величина положительного анодного падения определяется внешней цепью и может достигать больших значений. Анод начинает интенсивно разогреваться. Появляются условия для развития неустойчивости и контрагирования с образованием анодного пятна.

Образование анодного пятна. Осциллограммы тока, напряжения и сигнала с датчика температуры поверхности анода.

Образование анодного пятна. Осциллограммы тока и напряжения.

Сильноточная вакуумная дуга.