Электрическая изоляция и разряд в вакууме

Оглавление

1. Введение 2.Пробой

2.1Предпробойные явления

2.2Импульсный пробой при острийном катоде

2.3Импульсный пробой при плоских электродах

2.4Пробой постоянным напряжением

2.5Джоулев механизм вакуумного пробоя

2.6Эффект полного напряжения

3. Искровой разряд

3.1Измерение тока искры

3.2Исследование свечения вакуумной искры

3.3Эрозия Электродов3.4 Измерение скорости разлета катодной плазмы3.4 Структура тока электронов

3.5Ток аномальных положительных ионов в вакуумной искре4.Вакуумная дуга

4.1Общие свойства катодного пятна вакуумной дуги

4.2Катодное падение потенциала и пороговый ток

4.3.Сравнение катодных процессов искры и дуги

4.4.Самопроизвольное погасание дуги

4.5.Движение катодного пятна

4.6.Исследование процессов в катодном пятне

4.7Эрозия электродов 5. Пробой по поверхности диэлектрика

6. Теоретические модели катодного пятна

6.1Стационарная модель катодного пятна

6.2Эктонная модель катодного пятна 7.Применение вакуумных разрядов в технике и технологиях

7.1Ионные источники

7.2Вакуумные переключатели тока

1. Введение

Электрический разряд в вакууме это разряд функционирующий в парах материалов

3. Дуговая стадия

Пробой вакуумного промежутка это процесс образования на электродах областей генерации плазмы ( катодных и анодных пятен)

Искровая стадия разряда это процесс распространения плазмы в вакууме между электродами. В этой стадии разряд высоковольтный (десятки и сотни киловольт) и сильноточный. В этой стадии наблюдается резкий рост тока разряда, высокоамплитудные неустойчивости тока. Основная масса плазмы распространяется со скоростью 2 106 см/сек, но также существует высокоскоростная компонента двигающаяся со скоростью 107 -108 см/сек. Зарядовый состав потока плазмы соответствует составу установившегося дугового разряда.

Для дуги характерны следующие особенности: Низкое напряжение горения разряда, сравнимое с первым потенциалом ионизации атомов материала катода (порядка нескольких десятков вольт); Большая плотность тока в области катодного пятна; Катодные пятна хаотически перемещаются по поверхности катода. При наложении тангенциального магнитного поля катодные пятна смещаются в направлении обратном лоренцевой силе. Высокие концентрации плазмы (свыше 1020см-3) и плотности тока (108 -109 А/см2) в прикатодной области; Наличие порогового тока, ниже которого дуга гаснет; Самопроизвольный обрыв тока дуги. В плазме дуги присутствуют многозарядные ионы материала катода. Ионный ток составляет 10% от общего тока дуги.

Проявления вакуумного разряда

Вакуумный разряд может выступать как паразитное явление , объект для исследования , явление используемое в хозяйственной деятельности.

Вакуумный разряд как паразитное явление.

Основную опасность представляет высоковольтный пробой электродов. Такой пробой может вывести из строя дорогостоящую электронику. Дуговой разряд может привести к механическому разрушению электродов и изоляторов.

Вакуумный разряд как полезное явление.

Различные типы вакуумных разрядов используются в качестве :

1/ Источников ионов. Дуговой разряд используется как источник многозарядных ионов металла, разряд по поверхности диэлектрика используется как источник многозарядных неметаллических ионов.

2.Источников плазмы для модификации поверхности изделий. Осаждение и имплантация.

3.Рабочего процесса в промышленных вакуумных переключателях тока.

4.Источников ускоренной плазмы для космических двигателей.

4. В качестве рабочего процесса в вакуумной переплаве металлов.

Катодное пятно, как основной объект исследований.

Основным объектом экспериментальных и теоретических исследований в области вакуумных разрядов является катодное пятно — микроскопическая область плотной светящейся плазмы на поверхности катода.

Общая схема вакуумная разряда представлена нар рис. 1.1. Путь проходимый током в области вакуумного разряда можно разделить на 7 частей. 1 – твердый материал катода. 2 –зона расплава под плотной плазмой. 3 – область плотной светящейся плазмы, 4 – межэлектродный столб, 5 – область плотной плазмы анодного пятна, 6 – зона расплава анодного пятна, 7 – твердый материал анода.

Рис.1.1 Основные области вакуумного разряда

Принято считать , что все основные свойства вакуумного разряда определяются катодным пятном , состоящим из областей 2 и 3.

Теоретическое описание катодного пятна

Для описания действия только катодного пятна необходимо решать уравнения из различных областей физики : физики твердого тела, гидродинамики электромагнетизма и