газовой кинетики. Все эти уравнения необходимо решать для нестационарного случая и с соблюдением граничных условий между областями

Примеры уравнений для различных областей

1.Твердое тело катода. Решается уравнение теплопроводности

2.Расплав под плотной плазмой решаются уравнения гидродинамики. Определяется движение границы металл –плазма

3.Область плотной плазмы катодного пятна. Решаются уравнения магнитогазодинамики

4.Область разреженной плазмы в межэлектродном промежутке. Описывается уравнениями газовой кинетики и уравнениями электромагнетизма.

Экспериментальные исследования катодного пятна

Экспериментальные исследования вакуумных разрядов осложнены малыми размерами (около 10мкм) и короткими временам жизни (до 100нс) катодных пятен

Экспериментальные методы можно разделить на следующие группы.

1.Макроскопические методы измерения: Измерения напряжения , общего тока разряда и потока ионов. Измерения общего свечения разряда,ено спектроскопический анализ. Измерения давления оказываемого плазмой на электроды. Корпускулярные методы исследования параметров потоков заряженных частиц из обласи катодных пятен.

2.Микроскопические методы. Исследование микроскопических следов , оставляемых катодными пятнами на поверхности электродов. Высокоскоростная сьемка собственного свечения катодных пятен с высоким пространственным и временным разрешением.

3.Зондовые методы. Измерения параметров плазмы катодного пятна с посмощью макроскопических зондов.

4.Сочетание микроскопических и зондовых методов. В качестве зонда используется когерентный свет или потоки частиц. В частности метод теневых интерферограмм.

2.Пробой

2.1 Предпробойные явления

Темновой ток

При приложении к вакуумному промежутку напряжения между электродами появляется заметный ток, получивший название темнового или предпробойного тока. Установлено, что предпробойный ток в условиях тщательно очищенных электродов в сверхвысоком вакууме обусловлен только электронной компонентой.

Микроразряды

В ряде случаев пробою предшествуют микроразряды маломощные импульсы предпробойного тока длительностью 10-1 с, амплитудой 0.01 А, возникающие при подаче на вакуумный промежуток с загрязненными электродами (d 1 мм) напряжения U > 20 30 кВ. Частота микроразрядов растет с увеличением приложенного напряжения и уменьшается по мере очистки электродов. Масс-спектрометрическими исследованиями установлено, что ток микроразрядов помимо электронной составляющей содержит положительные и отрицательные ионы адсорбированных газов. В Превалирует мнение,

что самогасящиеся микроразряды обусловлены взаимной вторичной эмиссией положительных и отрицательных ионов, а электроны, по-видимому, не играют существенной роли в возникновении и поддержании микроразрядов, являясь продуктом - процессов на катоде ]. Предполагается, что микроразряды могут быть связаны со взрывным разрушением под действием автоэмиссионного тока субмикроскопических выступов на катоде, общее количество вещества в которых недостаточно для развития искры.

2.2 Импульсный пробой при острийном катоде

Автоэлектронная эмиссия играет решающую роль в возникновении пробоя между электродами в вакууме. В связи с этим ниболее показательным является анализ электрического пробоя в вакууме, когда катод классический острийный автоэлектронный эмиттер. Установлено, что переходу к пробою предшествует самопроизвольный рост эмиссионного тока в течение импульса напряжения. При постепенном увеличении амплитуды напряжения прямоугольные импульсы автоэлектронного тока деформировались в нарастающие. Это явление можно было воспроизводить многократно в одном опыте. Но стоило повысить напряжение еще примерно на 1%, как неминуемо происходил пробой, при этом ток возрастал более чем на два порядка (до 50-100 А) за

время, которое было оценено как 5 10-8 с. Для всех исследованных острий, имевших разные радиусы вершины и различную конусность, с большой точностью выполнялось одинаковое условие: пробой наступал при достижении плотности автоэмиссионного тока в пределах jпр = (4 -7)10А/см2, что соответствовало напряженности электрического поля на вершине эмиттера Е = (6.5 -7)10В/см. Следствием пробоя было оплавление вершины эмиттера, приводящее к увеличению его радиуса почти на два порядка.

Характерные вольт-амперные характеристики представлены на рис 2.1Анализ циллограмм позволил выделить четыре характерные фазы процесса (рис. 2.3, а). I предпробойная (автоэмиссионная фаза) достаточно хорошо исследована ранее в микросекундном диапазоне. II фаза перехода связана со взрывным разрушением эмиттера. В этой фазе ток резко возрастает в течение (1 5)10-8 с со скоростью di/dt = 5 107 108 А/с. Вслед за этим нарастанием тока обнаружена фаза III, в которой скорость роста тока на порядок меньше: 5 106 -107 А/с. Продолжительность этой стадии колеблется

в пределах 2 10-8 10-7 с. Далее следует фаза IV с несколько большей, чем в фазе III, скоростью роста тока. В режиме с перенапряжением характер нарастания тока существенно изменяется (рис. 2.3, д). Видно, что такого четкого разделения по стадиям, как указано выше, сделать не удается. Можно полагать, что длительность стадий I и III резко сокращается, а фаза II непосредственно сливается с фазой IV.

Рис.2.1 Осциллограммы тока пробоя

Было установлено что время запаздывания разрушения автоэмиттера зависит от напряженности поля и , как следствие, плотности тока. Было установлено что произведение квадрата плотности тока на время запаздывания равно константе

j2tз = Const1 (2.1) Из исследований взрыва проводников известно, что

0t3 j 2 dt h ,	(2.2)
где величина h называется удельным действием. Величина h	зависит от сорта металла и

слабо зависит от плотности тока. Поэтому в определенном диапазоне плотностей тока эту величину можно считать неизменной, которая зависит только от сорта металла После того начинается искровая стадия, которая обусловлена взрывной эмиссией электронов.

2.3 Импульсный пробой при плоских электродах

Процессы пробоя в случае плоских электродов в целом совпадают с таковыми в случае острийного катода. В случае если поверхность катода гладкая на макроскопическом уровне процессы пробоя происходят на микронеровностях микровыступах загрязнениях и других дефектах поверхности. Дефекты поверхности являются либо факторами усиления поля у поверхности, что приводит к увеличению тока эмиссии либо увеличивают то эмиссии другим способом

Микровыступы

Одной из основных причин инициирования вакуумного пробоя являются микровыступы на поверхности катода. Электрическое поле на их кончике увеличивается во много раз, по сравнению со средним полем; это приводит к усилению тока

автоэлектронной эмиссии. Для количественной характеристики поверхности катода

вводят понятие коэффициента усиления электрического пол E, представляющего собой отношение истинного значения напряженности электрического поля на вершине выступа к ее среднему макроскопическому значению Eср = U/d, где U напряжение на зазоре;d расстояние между электродами.

В случае простых геометрических форм выступов найдены связи между коэффициентом E и параметрами неоднородности . В практически полезной области

значений Е можно пользоваться простыми приближенными зависимостями E от h/r, где h высота, а r радиус вершины микровыступа соответственно. Для цилиндра со

сферической вершиной при E = 10 -1000 E = h/r + 2.

Диэлектрические загрязнения и пленки

Кроме микронеровностей, которые являются частицами металла, на катоде могут присутствовать диэлектрические включения и пленки. Например, после механической обработки на поверхности электрода могут образовываться вкрапления абразивных материалов и карбидов, появляющихся под действием высоких температур вследствие трения. Кроме того, на поверхности металла могут происходить различные химические реакции, приводящие к появлению соединений в виде диэлектрических пленок. Одной из них является окисление металла. Если поверхность соприкасается с газом, окисляющим металл, то образуются диэлектрические окислы.На электродах могут присутствовать также осадки вакуумных масел и других органических загрязнений. Для очистки поверхности, как известно, используют ионную бомбардировку поверхности. Ионы при взаимодействии с молекулами органических загрязнений могут приводить к образованию полимерных пленок. В зависимости от сорта ионов ионная бомбардировка может привести к окислению поверхности, формированию полупроводящих пленок и других химических соединений. Наконец, диэлектрические пленки на катоде образуются просто после соприкасания поверхности электрода с рукой Для объяснения усиления тока эмиссии диэлектрическими пленками сделано

предположение что вызывающие эмиссию микровключения обладают хорошими диэлектрическими свойствами, позволяющими внешнему полю проникать сквозь них к металлическому катоду. Тогда при некотором поле электроны получат возможность туннелировать через барьер на границе металл-диэлектрик в зону проводимости последнего. Эти электроны приводят к образованию лавин.

Микрочастицы на поверхности электродов

Поверхность электродов в подавляющем большинстве не свободна от присутствия на ней отдельных частиц материала, размером от долей микрометра и больше. Происхождение этих частиц, механически слабо связанных с электродной поверхностью, может быть различным. Это и результат предварительной обработки поверхности электрода резанием, остатки абразивных порошков, осаждение пылевидных частиц из воздуха при изготовлении электровакуумного прибора и т.д. Частицы застывшие металлические капли диаметром от долей микрометра до нескольких миллиметров образуются в работающей вакуумной камере в результате эрозии электродов при искровом и дуговом разрядах. Частица может образовываться и в результате отрыва от поверхности даже достаточно прочного острого выступа под действием электростатических сил.

Наличие частиц различных размеров и состава обычно отрицательно влияет на качество вакуумной электроизоляции. Частицы, находящиеся на поверхности электродов, могут оторваться и ускориться в сторону противоположного электрода. При определенных условиях это вызывает вакуумный пробой

Адсорбированные атомы и молекулы газов

Поверхностной адсорбцией называют явление поглощения газа или паров жидкости поверхностью твердого тела. С химической точки зрения адсорбент имеет на своей поверхности атомы, обладающие ненасыщенной валентностью. Это значит, что на поверхности твердого тела находятся участки, на которых обеспечивается химическая связь с адсорбированными частицами. При адсорбции происходит уменьшение поверхностной энергии. С ростом числа адсорбированных частиц уменьшается концентрация свободных химических связей. Количество частиц, достаточных для насыщения всех поверхностных связей, образует монослой. Обычно это достигается тогда, когда один адсорбированный атом приходится примерно на четыре атома поверхности, что соответствует плотности адсорбированных атомов 1014 1/см2. Абсорбированные газы снижают работу выхода электронов из металла.

2.4 Пробой постоянным напряжением

Имеется много доказательств того, что не только импульсный пробой обусловлен нагревом и взрывом катодных микроострий, но и пробой на постоянном напряжении тоже. При этом предполагается, что загрязнения и адсорбированный газ на поверхности электродов не влияют на пробой.

Таблица 2.1. Напряженность электрического поля при пробое вакуумного промежутка для различных электродов.

Метал	In	Cd	Al	Cu	Au	Pt	Ni	Ti	Zn	Ta	Mo	W
л	4.0	4.1	4.2	4.6	4.9	5.3	4.6	3.9	4.1	4.1	4.2	4.5
эВ
E, 107	5.6	7.2	10.5	10.1	7.2	9.9	9.7	5.3	5.9	7.0	5.6	6.9
В/см

В таблице 2.1 приведены величины Е для ряда металлов, полученные группой Альперта [11]. Таким образом, постоянство напряженности поля, при которой происходит вакуумный пробой, можно интерпретировать, как пробой при достижении определенной плотности тока АЭЭ с микроострий на поверхности катода, т.е.

j = Const2

(2.3)

Соотношения (2.1) и (2.3) являются критериями пробоя импульсным и постоянным напряжением. Фактически эти критерии означают, что при этих условиях завершается стадия пробоя образованием первого эктона и катодного пятна и начинается искровая стадия.

2.5 Джоулев механизм вакуумного пробоя

Обычно критерии вакуумного пробоя выводят из условия достижения некоторой критической температуры (например, плавления) на поверхности катода или анода. Критерии пробоя отражают условия достижения критической удельной энергии в микрообъеме катода wс, необходимой для его взрыва, которая обычно в несколько раз превосходит удельную энергию сублимации wс. Откуда берется эта энергия? Это энергия джоулева разогрева микроучастков катода. Посмотрим, как эта энергия выделяется.

В простейшем случае форму микроострий на катоде можно считать цилиндрическими. Действительно, если средняя напряженность электрического поля составляет 106 В/см, а для

микровзрыва за время 10-8 с необходимо иметь поле 108 В/см, то усиление электрического поля

должно быть Е 102. Это означает, что высота острия в десятки и сотни раз превосходит радиус его кривизны (см. формулы 1.4 1.6), то есть острия можно считать цилиндрическими. В этом случае можно принять, что теплоемкость металла меняется мало, поэтому вместо удельной энергии wК можно использовать температуру острия в уравнении, описывающем его нагрев.

Нагрев цилиндрического острия описывается уравнением

c dT	( T) j 2 ,	(2.4)
dt	c, , соответственно плотность материала эмиттера,
где ,		удельная теплоемкость,

теплопроводность и удельное электрическое сопротивление. В правой части уравнения (2.4) первый член описывает перенос тепла из-за теплопроводности, а второй выделение тепла за счет

джоулева нагрева. Значения параметров , с, ,	в общем виде зависят от температуры, но в
наибольшей степени от нее зависит удельное сопротивление. Представим его в форме
= 0T.	(2.5)
Такой вид зависимости (T) с погрешностью не	более 20% описывает экспериментальные

результаты для многих электродных материалов в диапазоне температур примерно от 300 К до температуры плавления. Плавление приводит к значительному увеличению . Отметим, что удельная теплота плавления превосходит удельную теплоемкость, для меди в 400 раз, а для вольфрама в 1300. Для испарения требуется значительно больше тепла. Теплота испарения в 20 30 раз больше удельной теплоты плавления. Для меди и алюминия она равна 3 эВ в расчете на один атом.

Для стационарного случая или длительных импульсов напряжения, когда можно принять dT/dt = 0, и катодного выступа в виде цилиндра высотой h уравнение (2.4) с учетом (2.5) дает следующее распределение температуры T(x) по высоте выступа:

	T(x) T0	cosbx	,	(2.6)
		cosbh

где T0 температура основания выступа; x расстояние, измеренное от вершины выступа; b =

j( 0/ )1/2.

Из (2.6) следует, что температура кончика выступа (x = 0) стремится к бесконечности при bh = /2. Следовательно, предельное значение плотности тока можно найти из формулы

j
					.		(2.7)
	2h			0

Например, для выступа с высотой h = 1 мкм для меди, вольфрама и никеля j = 3 108; 1.0 108 и 0.5 108 А/см2, соответственно.

При коротких длительностях импульсов предельная плотность тока АЭЭ превышает таковую в стационарном случае. Если длительность импульса много меньше, чем время перехода острия в стационарное нагретое состояние, то имеет место соотношение

h2		c	(2.8)
tи

Например, если для вольфрама h = 0.6 мкм, то соотношение (2.8) выполняется уже при tи = 10 нс. Если соблюдается условие (2.8), а начальная плотность тока j неизменна во времени, то из уравнения (2.3) с учетом (2.4) следует, что температура растет экспоненциально со временем по закону

T = T0 exp j2 0t/ c.

TT0 exp ( j 2 0 t)

c

(2.9)

Если условно принять, что взрыв острия наступает при достижении некоторой критической температуры Tк, то время задержки взрыва определится из соотношения

j2t3 c ln Tк . (2.10)

0 T0

Следовательно, формулы (2.7) и (2.10) дают результат, качественно согласующийся с экспериментом. Т.к. эти критерии были получены с учетом джоулева разогрева микроострий, то эту модель вакуумного пробоя называют джоулевой.

При преимущественном влиянии на пробой катодных микроострий существует два

критерия пробоя, которые записываются соотношениями (2.1) и (2.3). Первый относится к импульсному пробою, а второй – к статическому. Физическая сущность этих критериев одинакова. За счет высокой плотности тока АЭЭ происходит джоулев разогрев микроострий и их взрыв. Оба критерия обозначают, что микрообъем металла получает удельную энергию, которая существенно превосходит энергию сублимации.

2.6 Эффект полного напряжения

Экспериментальная зависимость напряже-ния пробоя Uпр от длины межэлектродного промежутка d в ряде случаев имеет следующий вид:

Uпр = const d	(2.11)
Если причиной пробоя является автоэлектронная эмиссия	с микровыступов и

взрывное их разрушение за счет джоулева разогрева, то для стационарного случая Епр = const, то есть Uпр = Епрd. Следовательно, в этом случае = 1. Однако, как показали ряд исследователей, при длинах промежутков d 1 мм это условие чаще всего соблюдается, а

при d 1 мм не всегда. В этом случае < 1. Если < 1, то это означает, что с ростом длины вакуумного промежутка пробивная напряженность Епр падает. В этих условиях пробой промежутка определяется не столько значением Епр, сколько абсолютным значением пробивного напряжения. В литературе по вакуумному пробою это явление получило название “эффекта полного напряжения”

3. Искровой разряд

3.1 Измерение тока искры

При приложении к вакуумному промежутку импульса напряжения с фронтом 10-9 с через некоторое время, называемое временем запаздывания, начинается рост тока искры. На рис. 3.1 показана типичная осциллограмма тока искры, полученная с помощью емкостного делителя напряжения, встроенного в передающую коаксиальную линию. Пик тока в левой части осциллограммы соответствует моменту прихода импульса напряжения на вакуумный промежуток и обусловлен током смещения через емкость разрядной камеры. Далее следует участок осциллограммы без тока (время запаздывания пробоя tз), за которым идет участок относительно монотонного роста тока до амплитудного значения, ограниченного сопротивлением разрядного контура (время коммутации tк). После этого времени начинается дуговая стадия. Обычно время tк отсчитывается между уровнями 0.1 и

0.9 от амплитудного значения тока, равного Ua/R, где Ua амплитуда напряжения, R сопротивление разрядного контура. Это время характеризует длительность искровой стадии вакуумного разряда ts. Однако время tк не равно в точности времени ts, так как при

большом сопротивлении R может быть tк ts. Время запаздывания появления искры tз является фактически длительностью стадии пробоя. Это время измеряется от максимума пика емкостного тока до уровня 0.1 от амплитуды значения тока. О природе времени tз мы говорили в главе 2.

Рис.3.1 осциллограмма искрового разряда d=0.5mm U=50kV

3.2 Исследование свечения вакуумной искры

Результаты электронно-оптической регистрации свечения в кадровом режиме при импульсном пробое коротких вакуумных промежутков представлены на рис. 3.2.

Статическое пробивное напряжение составляло 20 кВ. Через 4 6 нс после прихода импульса напряжения на промежуток (что приблизительно соответствует времени tз) на поверхности катода возникают одна-две локальные области слабого свечения. Такие области обычно возникают не одновременно, а в течение нескольких наносекунд, причем не только в местах, соответствующих максимальной напряженности электрического поля, но и на периферийных участках. На осциллограмме тока моменту появления свечения на катоде соответствует момент начала резкого роста тока со скоростью порядка 1010 А/с. Через несколько наносекунд после появления первых светящихся областей их число может достигать пяти. Области локального свечения на катоде мы назвали катодными факелами (КФ). Места появления КФ меняются от разряда к разряду. В период роста тока в промежутке происходит расширение КФ, одновременно растет их яркость. Необходимо иметь в виду, что эти снимки получены от разных разрядов, поэтому они дают только качественную картину свечения вакуумной искры.

Рис.3.2 Характерные снимки свечения в промежутке d=0/35mm U=35kV

Приблизительно через 15 16 нс после приложения к промежутку напряжения на поверхности анода появляется свечение в местах, расположенных напротив КФ. К этому

времени ток достигает примерно половины своего амплитудного значения (100 120 А). В дальнейшем яркость этого свечения растет, однако становится сравнимой с яркостью КФ

лишь ко времени 23 25 нс после приложения импульса напряжения. Свечение,

возникающее на аноде, было названо анодными факелами (АФ). В период 28 30 нс, когда ток достигает максимального значения, ограничиваемого сопротивлением разрядного

контура ( 230 А), АФ занимает примерно третью часть межэлектродного зазора ( 0.1 мм).

Ко времени 33 36 нс АФ успевает распространиться в глубь промежутка примерно на 0.2 мм. После завершения роста тока свечение у катода остается, хотя яркость его несколько меньше яркости АФ.

Средняя скорость расширения катодных и анодных факелов оценивалась по скорости движения границы плотного свечения. Было обнаружено, что начальная

скорость расширения КФ приблизительно постоянна и равна 1.7 106 см/с. Скорость расширения КФ определялась из кадров IX и X, снятых при одинаковых диафрагмах

объективов. Она оказалась равной 2 106 см/с.

3.3 Эрозия Электродов

Острийные электроды

При анализе эрозии электродов использовались одиночные импульсы напряжения длительностью tи = 5, 20, 40 и 80 нс.

Рис.3.3 Изменение профиля вершины эмиттера с числом включений На рис. 3.3 приведены типичные профили острий из молибдена, полученные до и после воздействия импульса тока ВЭЭ. При tи = 5, 20, 40 нс металл уносится, как правило, только с вершины острия, а его боковая поверхность остается нетронутой. Область вершины, примыкающая к месту испарения металла, оплавляется. При tи = 80 нс для

катодов с углом > 6-8 наблюдается заметная эрозия боковой поверхности, уменьшающаяся по мере удаления от вершины. Иногда начальная фаза этого эффекта обнаруживается и при tи = 40 нс.

Рис.3.4 Зависимость унесенной массы М от угла острия , Молибден -1,3,5,6 Вольфрам 2,4 Длительность импульса 5(1,2) 40(5) 80(6)нс

В качестве основной экспериментальной зависимости выбрана зависимость унесенной с вершины острия массы металла М1 от угла конуса .. Графики зависимостей представлены

на рис. 3.4, из которых видно, что увеличение угла от 2 до 40 приводит к уменьшению массы М1 примерно на один-два порядка.

Плоские электроды

Установлено, что элементарными следами поражения поверхности катода являются микрократеры(Рис.3.5). Каждый микрократер образуется в результате вытеснения жидкого металла, окружающего эмиссионный центр, под действием давления, развиваемого в зоне эмиссии, и последующего его застывания. Существует три типа микрократеров по характеру их расположения: 1) первичный и последующие микрократеры наподобие вулкана появляются на одном и том же месте 2) последующие микрократеры появляются на бруствере предыдущего 3) отдельные кратеры расположены на некотором расстоянии независимо друг от друга

Рис 3.5. Микрократер сформировавшийся за время 10нс

В зависимости от условий эксперимента меняются вид, плотность расположения и “качественный” состав микрократеров. Наиболее простой формой микрократеров являются “кратеры-зародыши”. Как правило, они возникают на дефектах поверхности катода. Микрократеры на гладкой поверхности удалось обнаружить начиная с длительности импульса tи = 5 нс и более. С ростом последней примерно до 100 нс размеры

кратеров увеличиваются до 3 5 мкм. Дальнейшее возрастание длительности импульсов приводит в основном к появлению субструктуры кратеров (рис. 10.9). Субструктура кратеров проявляется в том, что новые микровзрывы возникают на краях имеющихся кратеров.

Капельная фракция эрозии катода

Из растровых микрофотографий поверхности катода, а также из визуальных и фотографических наблюдений за катодом при наносекундных вакуумных разрядах следует, что часть металла покидает катод в виде расплавленных микрочастиц. Для обоснованного анализа эрозионных характеристик необходимы данные о доле капельной фракции в общей эрозии катода.

Рис.3.6 Распределение капель по диаметру dч при tи = 10 (1); 35 (2); 50 (3); 100 (4) и 300 нс (5).

Было подсчитано количество капель, приходящееся на единицу перенесенного через

промежуток заряда. Оно для всех экспериментов оказалось равным (1 3) 107 Кл-1. Число частиц, покидающих катод в среднем за один импульс, увеличивается с ростом tи В предположении, что все капли имеют сферическую форму и разлетаются изотропно, были сделаны оценки как объема жидкой фазы, приходящегося на каждую группу частиц, так и всего объема капельной фракции Оказалось, например, что, хотя доля частиц диаметром более 0.5 мкм не превышает 10% (tи = 50 нс), ими переносится примерно 80% объема всей капельной фракции. Представляет интерес и другой факт: в течение первых пяти наносекунд жидкие микрочастицы не выбрасываются из кратеров

3.4 Измерение скорости разлета катодной плазмы

1. Метод заземленной сетки и коллектора впервые был применен при исследовании взрыва автоэлектронных эмиттеров ., Когда образовавшаяся при взрыве автоэлектронного эмиттера плазма КФ достигает заземленной сетки, между катодом и сеткой возникает дуговой разряд, при этом ток на коллектор резко уменьшается. Измеряя время протекания тока в цепи коллектора tкол при расстоянии эмиттер сетка d, можно определить скорость разлета катодной плазмы vк = d/tкол.

2. Фотоэлектрический метод впервые применен при исследовании моментов появления свечения в вакуумном промежутке при пробое на постоянном и импульсном напряжении Для случая электродов из меди и молибдена скорость движения катодной плазмы составила около 2 106 см/с.

3. Метод поперечного магнитного поля [11]. Если на вакуумный промежуток с КФ наложить поперечное магнитное поле напряженностью Н, то максимальное расстояние, на которое электрон удаляется от эмиттирующей поверхности катодной плазмы, будет

y = 2mE/eH2. При определенных значениях напряженностей полей Е и Н значение уmax становится меньше длины промежутка d. Вследствие этого электроны на анод будут попадать с некоторой задержкой во времени t относительно начала роста тока на катоде; ток будет замыкаться помимо цепи катод анод на стенки разрядной камеры. Обнаружено, что с увеличением напряженности магнитного поля растет время t и соответственно уменьшается время роста тока в цепи анода. Скорость движения эмиссионной границы

КФ определялась из выражения v = (d y)/ t. Оказалось, что v уменьшается с ростом Н примерно от 2 106 до 1.6 106 см/с. Этот факт связан с влиянием давления магнитного поля на плазму.

4. Метод эрозионной метки на аноде, основанный на том факте, что в искровой стадии разряда происходит эрозия анода под действием мощного электронного потока. В случае острийного катода след эрозии имеет вид круга. По скорости роста радиуса эрозионного пятна можно оценить поперечную скорость расширения КФ.. Из зависимости радиуса эрозионного пятна на аноде от длительности импульса следовало, что скорость роста радиуса эрозии составляет (2.0-2.3) 106 см/с.

Таблица 3.1. Скорости разлета катодной плазмы ряда металлов.

	Металл		Al		Cu		Pb		Mo		Ni		W
	Скорость, 106		1.8		1.7		1.0		1.8		1.4		1.8
	см/с

3.4 Структура тока электронов

Типичные осциллограммы тока в диоде показаны на рис. 3.7. В начальной стадии ток монотонно возрастает вследствие сокращения вакуумного промежутка и увеличения эмиттирующей поверхности катодного факела (КФ). Скорость монотонного роста тока можно изменять в значительных пределах (от 107 до 1011 А/с), варьируя значения U0 и d В этой стадии наблюдается хорошая воспроизводимость осциллограмм по форме и амплитуде в течение многих импульсов.

Рис.3.7 Осциллограммы плотности тока на аноде. а) 1 U0 = 20 кВ, d = 1 мм, r = 0;	2 U0 = 30 кВ,