Из уравнений (1.12) и (1.13) следует, что с ростом потерь энергии в катод растет катодное падение

Из уравнений (1.12) и (1.13) следует, что с ростом потерь энергии в катод растет катодное падение потенциала и доля ионного тока на катоде. Следовательно, в разрядах с холодным катодом, в которых потери на катод выше, следует ожидать больших значений этих величин, что и подтверждается на практике. Максимально возможная доля ионного тока на катоде может быть получена из соотношения (1.14):

fmax= Uк / (Uк+Ui) .                                                          (1.15)

Практически ji≈ 0,1 j, т.е. значительную часть тока на катоде в дуговом разряде составляет электронная компонента. Следовательно, на катоде должен существовать механизм эмиссии электронов, обеспечивающий поддержание необходимой плотности электронного тока. Такими механизмами, как отмечалось выше, являются в первую очередь термоэмиссия под воздействием температуры Тк и автоэмиссия под воздействием электрического поля Ек.

Для оценки чистой автоэлектронной эмиссии используют закон Фаулера-Нордгейма, который хорошо описывает явления на катоде лишь при плотностях тока jк  > 107 А/см2. В аналитической форме закон имеет вид:

    [А/см2],                        (1.16)

где Ек – напряженность электрического поля у катода, В/см; φк — эмиссионная постоянная катода, В (например, для вольфрамового катода φк=4,5 В); U(y) — функция Нордгейма, учитывающая силу зеркального отображения электрона при эмиссии, аппроксимированное аналитическое выражение для которой имеет вид:

U(y)=0,965•1,05•10-7 Екк2                                                           (1.17)

Для расчета тока термоэмиссии при сравнительно небольших Ек можно использовать уравнение Ричардсона-Шоттки:

   [А/см2]          (1.18)

где А– постоянная Ричардсона-Дэшмана (для большинства металлов А=30-120 А/см2К2, например, для вольфрама А=70 А/см2К2); Тк – температура катода, К.

Минимально возможная доля ионного тока на термокатоде может быть оценена из уравнения (1.13):

fmin= φэф / (Uк+Ui) ,                                                         (1.19)

где                                          φэф= φк3,8•10— 4 Ек1/2 .                                                                (1.20)

Значение катодного падения потенциала на термокатоде обычно лежит в диапазоне φк<Uк<Ui.

Процессы электронной эмиссии и ионизации на катоде являются самосогласованными: эмитированные катодом электроны ускоряются в области катодного падения и осуществляют ионизацию нейтралов, а образующиеся ионы ускоряются в направлении катода и способствуют необходимой эмиссии электронов, нагревая катод до определенной температуры и создавая требуемое электрическое поле на его поверхности.

1.2.2.2        Анодные процессы

Ток из плазмы на анод целиком переносится электронами. Знак анодного падения определяется соотношением между плотностью хаотического электронного тока из прианодной плазмы jДe neVe(е, ne, Ve заряд, концентрация и тепловая скорость электронов из плазмы), площадью поверхности анода Saи силой разрядного тока IР. Если диффузионный ток электронов из плазмы IД= e neVeSaпревышает ток разряда IР, то для отбрасывания части электронов назад в плазму образуется отрицательное анодное падение. Если IД<IР, то подведение необходимого тока к аноду требует затрат дополнительной энергии на генерацию недостающего количества электронов. В этом случае образуется положительное анодное падение. Отсутствие анодного падения соответствует равенству

IР e neVeSa                                                      (1.21)

При положительном анодном падении по мере разогрева анода разряд может перейти в режим с анодным пятном, сопровождающийся интенсивным испарением материала анода в виде анодных паровых струй.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector