Вакуумная дуга. Инициация дуги. Дуга с холодным катодом. Принцип работы анализатора с задерживающим полем, страница 3

Слаботочная вакуумная дуга.

Дуга с холодным катодом.

Катодное пятно вакуумной дуги. Современная иерархия структуры привязки дуги к катоду.

Высокоскоростное фотографирование свободногорящей ВД с помощью камеры IMACON с использованием микроскопа Questar QM 100.

Медный катод, свободно горящая дуга, ток 30 А. Начало съёмки через 300 мкс после поджига, экспозиция кадра 20 нс, между кадрами нет пауз.

Медный катод, ток 70 А. 3 мкс после поджига дуги, экспозиция 50 нс, между кадрами нет пауз.

Медный катод, ток 70 А.

Фотография показывает, что привязка состоит из фрагментов, которые имеют не круглую структуру. Предполагается, что это указывает на то, что они состоят из субфрагментов (sub-fragments) или ячеек (cells).

Иерархия структуры привязки на медном катоде.

Видно, что фрагменты могут существовать и вне основной привязки, как отдельные объекты.

Видно, что привязка дуги состоит из фрагментов.

Слаботочная вакуумная дуга.

Дуга с холодным катодом.

Катодное пятно вакуумной дуги. Флуктуации яркости изображений КП.

Стрик-развёртка изображения четырёх сосуществующих в дуге КП. Медный катод, ток 360 А, пространственное разрешение ~ 0,1 мм.

Стрик развёртка изображения дуги на медном катоде, ток 70 А с высоким временным и пространственным разрешением

При увеличении временного и пространственного разрешения становятся видны флуктуации яркости с периодом до ~ 10 нс.

Видны флуктуации яркости с периодом ~ 20 мкс. Флуктуации в отдельных КП происходят не синхронно, следовательно определяются не внешней цепью, а отражают физические процессы внутри КП.

Средние периоды флуктуаций яркости

Фотосъемка дуги проводилась с двумя различными фотоприёмниками. Максимум чувствительности одного из них лежал в видимой области, а другого в ультрафиолетовой. Характер результатов на обоих приёмниках был одинаков. Из этого можно сделать вывод, что флуктуации происходят в плазме, а не на поверхности катода.

Можно предположить, что в привязке (в том числе и на чистой поверхности) существуют объекты, относящиеся к разным уровням иерархии, которые возникают и отмирают, сливаются и разъединяются, ток между ними перераспределяется, что и вызывает флуктуации яркости. Эти процессы и обуславливают шумы дуги. Однако спектр шумов и корреляции шумов и флуктуаций яркости пока недостаточно исследованы.

Слаботочная вакуумная дуга.

Дуга с холодным катодом.

Устойчивость горения дуги и ток среза.

Нестационарность КП, статистический характер процессов, протекающих в них, являются причиной неустойчивости горения ВД, не связанной с параметрами внешней цепи, а обусловленной внутренними для дуги причинами.

Средняя продолжительность горения дуги, мкс.

Видна сильная зависимость продолжительности горения дуги от тока и материала катода.

Ток среза в цепях переменного тока – резкий обрыв горения дуги раньше, чем синусоидальный ток в цепи пришёл бы к нулю. Это явление объясняется неустойчивостью привязки дуги к катоду. Средняя величина тока среза ВД зависит от параметров внешней цепи и материала электрода. При прочих равных условиях меньшие значения тока среза реализуются на металлах, средняя продолжительность горения дуги на которых больше при малых токах. Характерные значения тока среза, например, для молибдена и меди составляют ≈ 10 А и ≈ 4 А соответственно.

Слаботочная вакуумная дуга.

Дуга с холодным катодом.

Катодное пятно вакуумной дуги. Движение КП.

В достаточно длительно горящих дугах с не слишком малым током, горящих на чистой поверхности (именно такие дуги и будут интересовать нас в дальнейшем), основной объект на катоде – пятна, принадлежащие к верхнему и среднему уровням иерархии, рассмотренному выше. Для их обозначения разные авторы используют разные термины. Нам привычнее пользоваться терминами групповое КП и КП второго рода, соответственно. Для краткости будем говорить: КП на чистой поверхности или просто КП, в необходимых случаях уточняя, какое именно КП (второго рода или групповое) мы будем иметь ввиду. Слова «достаточно длительно горящие дуги с не слишком малым током» следует понимать, как дуги, время горения которых много больше времени жизни, а ток – порядка среднего тока, пропускаемого КП и более.