В настоящее время развиваются два подхода к теоретическому описанию процессов в КП. 1. Квазистационарный, основанный на представлении, что за время жизни КП все процессы в плазме и при взаимодействии плазмы с поверхностью успевают достичь равновесия. Это кажется оправданным для КП второго рода и групповых КП. Время жизни этих КП определяется теплопроводностью и может быть оценено как t = R2/a, где R – радиус КП, a – температуропроводность. Например, для меди при R > 10 мкм t >>1 мкс. Решается система уравнений, самосогласованно описывающая нагрев поверхности и приповерхностного слоя металла, его эрозию и процессы в прилегающей плазме. Как правило, в таких теориях остаются свободные параметры (катодное падение и плотность тока), которые берутся из эксперимента. В последнее время сделаны попытки обойтись одним параметром – током. Ускорение эрозионной плазмы до сверх звуковых скоростей в этих теориях обеспечивается гидродинамическим механизмом – ускорением под действием градиента давления плазмы. Некоторую роль при этом играет приток энергии от электронов (тока). 2. Нестационарный, основанный на представлении, что в процессе жизни КП на поверхности катода происходит последовательно (а, возможно, и частично параллельно) много взрывоэмиссионных актов. В литературе можно встретить работы, в которых высказывается гипотеза (до уровня теоретического расчета она никогда не была доведена), что ускорение ионов в ВД до энергий, в Вольтовом эквиваленте превосходящих напряжение на ВД, происходит на «горбе потенциала», образующемся в прикатодной области. Максимум потенциала в этом горбе достигает значений Вольтова эквивалента энергии ионов. Эти представления живучи, хотя много критиковались как совершенно нефизичные. В последние годы были сделаны попытки реанимировать эту идею на самом деле, не совсем эту), используя нестационарные подходы. Предлагается рассмотреть ускорение ионов в слоях пространственного заряда (разрывах плазмы), которые могут образоваться в плазме при наличии интенсивных колебаний плотности (пролёте плазменных сгустков, образованных при взрывных процессах на катоде). Идея сама по себе интересная, но аппарат описания такой плазмы не развит, и всё остаётся на уровне спекуляций. Некоторое время назад был предложен ещё один подход, в основе которого лежит тот факт, что катодная струя согласно всем экспериментальным результатам – сверхзвуковая. Предлагается рассчитать струю в сверх звуковой области и два остающихся свободными параметра (температуру и средний заряд) определить из сравнения с экспериментом. Затем, зафиксировав эти параметры, рассчитать струю в дозвуковой области. Очевидно, что непосредственно к поверхности подойти не возможно. Но это, кажется, и есть преимущество такого подхода, т.к. процессы на поверхности и в неравновесных приповерхностных слоях описать всего труднее и попытки это сделать вызывают много вопросов и сомнений. (В.П.Афанасьев, Г.А.Дюжев, С.М. Школьник, «Гидродинамическая модель плазменной струи катодного пятна вакуумной дуги» , препринт ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, 1991 и последующая серия статей в Журнале технической физики.)
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с холодным катодом.
Катодное пятно вакуумной дуги. Основные подходы к теоретическому описанию процессов в КП и в истекающей из него плазменной струе. (Продолжение.)
Структура поверхностей постоянного потенциала в сверхзвуковой области (Вольт).
Аксиальная зависимость параметров плазмы в дозвуковой области. Начало отсчёта выбрано в критическом сечении. Ток 50 А, средний заряд плазмы q = 3,5, температура Tc = 5,3 эВ (выбраны по результатам сравнения с измерениями, сделанными на значительном, по сравнению с диаметром КП расстоянии. r0 – радиус критического сечения
Аксиальная зависимость параметров плазмы в сверхзвуковой области. Начало отсчёта выбрано в критическом сечении. Ток 50 А. Средний заряд плазмы q = 3,5, температура Tc = 5,3 эВ (выбраны по результатам сравнения с измерениями, сделанными на значительном, по сравнению с диаметром КП расстоянии. r0 – радиус критического сечения, R – радиус струи, U0 – потенциал плазмы, ΔUa – «анодное падение» потенциала, vz0 , T0, n0 – скорость, температура и концентрация плазмы.
Структура поверхностей постоянной концентрации сверхзвуковой области (см-3).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.