Электродинамика газового разряда. Типы разрядов в постоянном электрическом поле. Статическое состояние в окрестности эмитирующего катода (модель Маккоуна). Искровой и коронный разряды, страница 10

6). большая температура катода, или участка катода, приводящая к разрушению (эрозии) материала катода. Вакуумные дуги горят в парах испаренного металла.

7). Внешним признаком дугового разряда является наличие трех зон: прикатодной, прианодной и термодинамически равновесного положительного столба (в тлеющем разряде положительный столб термодинамически неравновесный). Организация процессов в этих зонах другая, чем в тлеющем разряде. Соответственно, различны параметры плазмы и вольт-амперная характеристика. Дуговой разряд низковольтный (десятки Вольт), но он сильноточный (токи могут достигать многих тысяч Ампер).

Разновидностей разрядов, попадающих к типу дуговых довольно много. Их классифицируют по различным признакам: характер процессов на катоде, состояние плазмы положительного столба, по роду среды в разрядном промежутке.

1.  Дуга с горячим термоэмиссионным катодом. Температура катода порядка 3000 , делается он из тугоплавких веществ: углерод, вольфрам, молибден, цирконий, тантал.

2.  Дуга с внешним накалом катода.

3.  Дуга с «холодным» катодом и катодными пятнами. Ток протекает в таких дугах через беспорядочно перемещающиеся, возникающие и исчезающие пятна на катоде. Происходит разогрев и эрозия этих пятен. Катод в целом остается холодным. Катод делается из легкоплавких металлов: медь, железо, серебро, ртуть и др. Основной механизм эмиссии, по–видимому, является термоавтоэлектронным.

4.  Вакуумная дуга. Дуга с катодными пятнами, она зажигается между электродами, находящимися в вакууме. Горит в плотных металлических парах электрода. Такие дуги возникают в вакуумных выключателях (прерывателях.) сильноточных цепей. Это одна их важных областей приложения дуговых разрядов.

5.  Дуга высокого давления (выше 0.1-0.5 атмосферы). В дуге образуется плотная низкотемпературная (6000-12000 ) плазма.

6.  Дуга сверхвысокого давления (более 10 атмосфер). За счет большой плотности плазмы, на излучение перерабатывается 80-90% выделяющегося джоулева тепла.

7.  Дуга низкого давления (атмосфер).

8.  Особые виды дуги. К ним относятся сильно нестандартные варианты. Примером является дуга в закрученном водяном вихре. Горение происходит в водяных парах (дуга Гердиена 1922 г.). Достигается температура 50000  и ток 1.5 .

Положительный столб дугового стационарного разряда.

Повышение плотности газ в разрядном промежутке, или увеличение напяжения между электродами приводит к переходу от режима тлеющего разряда к аномальному тлеющему разряду, а затем к дуговому разряду. Сущность положительного столба тлеющего разряда заключается в следующем – это объем термически равновесной плазмы, которая описывается уравнением неразрывности, уравнением движения плазмы и уравнением эволюции температуры

, где  - радиационный вынос энергии. Основные теории дугового разряда были получены Эленбассом и Геллером. Получены основные закономерности дуг в неорганических средах:

• Волт – амперная характеристика – падающая. Для стабилизации разряда включается балластное сопротивление.
• При больших токах, собственное магнитное поле дуги сжимает плазму (пинч - эффект).
• Радиус канала увеличивается при увеличении разрядного тока. Плотность тока возрастает по логарифмическому закону. Приэтом напряженность электрического поля уменьшается.
• Температура резко изменяется на периферии плазмы.

Катодные пятна и вакуумная дуга. Катоды дуговых разрядов можно разбить на два класса: термокатоды (горячие катоды) и холодные катоды.

В термокатодах толщина прикатодного слоя небольшая. Структура слоя чувствительна к шероховатости поверхности катода и наличию пленок на нем. Высокий уровень энерговыделения приводит к плавлению и испарению катода. При этом происходят интенсивные термо-электро-химические реакции. В катоде возникают кристаллы, ориентированные вдоль текущего тока. Вблизи катода образуется многослойная структура. В зависимости от величины тока, возможны два режима: «с катодным пятном» в «диффузионном режиме».