Введение. Электрическая изоляция и разряд в вакууме

Электрическая изоляция и разряд в вакууме

Оглавление

Введение

Пробой

Предпробойные явления

Импульсный пробой при острийном катоде

Импульсный пробой при плоских электродах

Пробой постоянным напряжением

Джоулев механизм вакуумного пробоя

Эффект полного напряжения

Искровой разряд

Измерение тока искры

Исследование свечения вакуумной искры

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

Ток аномальных положительных ионов в вакуумной искре4.Вакуумная дуга

Общие свойства катодного пятна вакуумной дуги

Катодное падение потенциала и пороговый ток

Сравнение катодных процессов искры и дуги

Самопроизвольное погасание дуги

Движение катодного пятна

Исследование процессов в катодном пятне

Эрозия электродов

Пробой по поверхности диэлектрика

Теоретические модели катодного пятна

Стационарная модель катодного пятна

Эктонная модель катодного пятна

Применение вакуумных разрядов в технике и технологиях

Ионные источники

Вакуумные переключатели тока

Введение

Электрический разряд в вакууме это разряд функционирующий в парах материалов электродов, изоляторов и других окружающих тел.помещенных в вакуум. Основным условием функционирования разряда является наличие областей генерации плазмы на поверхности электродов и изоляторов. В этих областях под воздействием протекающего тока материал поверхности испаряется и ионизуется.

В общем случае вакуумный разряд должен проходить три стадии -

1. Пробой вакуумного промежутка

2. Искровая стадия

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.