В случае вакуумной дуги мы имеем дело с явлением взрывной электронной эмиссии.

2.2    Процессы на электродах

Одним из наиболее интересных физических эффектов, сопровождающих функционирование дугового разряда в вакууме – наличие в плазме этого разряда ионов, движущихся преимущественно в противоположном, согласно законам электричества, направлении – от катода к аноду. Энергии этих ионов существенно превосходят энергию, соответствующую приложенной к межэлектродному промежутку разности потенциалов. Типичные значения падения напряжения на дуговом разряде в диапазоне токов до килоампера составляют 10–30 В, а энергии ионов находятся на уровне 30–150 эВ. При этом ионы различного знака имеют одинаковые скорости направленного движения, что свидетельствует о газодинамическом механизме их ускорения. В плазме вакуумной дуги в большом количестве присутствуют многозарядные положительные ионы. Причем для некоторых материалов катода (W, Mo, Cr и др.) ионы с зарядами >2+ составляют абсолютное большинство.

1.2.2.1        Катодные процессы

Параметры плазмы в непосредственной близости от катода распределены крайне неоднородно. В непосредственной близости от катода (~1 мкм) концентрация плазмы ~ 1021 см−3. С увеличением расстояния от катода концентрация ионов падает обратно пропорционально квадрату расстояния. Температура электронов в зоне пятна составляет несколько электрон-вольт.

Наличие интенсивного источника выделения энергии в катодном пятне приводит к генерации катодной плазмы в межэлектродный промежуток, что и определяет функционирование дугового разряда в вакууме. Характеристикой этого процесса является удельная ионная эрозия γ – отношение унесенной массы катода в виде ионов к протекшему заряду q = I t, где I – ток дуги. Типичные значения γ для различных материалов лежат в пределах 10-3–10-5 г/Кл.

Характерная особенность всех типов самостоятельных дуговых разрядов состоит в том, что у катода имеется приэлектродный скачок потенциала (катодное падение, величина которого близка к потенциалу ионизации материала катода), формирование которого происходит за счет объемного заряда ионов, генерируемых в области катодного падения.

В случае вакуумной дуги мы имеем дело с явлением взрывной электронной эмиссии. В основе явления взрывной электронной эмиссии лежит джоулев разогрев под действием протекающего тока. Интенсивное энерговыделение приводит к взрыву микрообъема катода, сопровождаемому взрывной электронной эмиссией. С течением времени взрывного процесса происходит увеличение зоны эмиссии, падает плотность тока, становится существенным отвод тепла за счет теплопроводности, унос энергии за счет выброса плазмы и нагретого жидкого металла. Поэтому ток взрывной эмиссии прекращается, образуя кратковременную порцию электронов − эктон. При эктонном процессе вещество катода последовательно переходит ряд состояний: конденсированное, неидеальной и идеальной плазмы. В процессе этого перехода формируется зарядовый состав плазмы и происходит ускорение ионов под действием градиента давления плазмы, концентрация которой падает на несколько порядков на расстояниях примерно

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector