Общие свойства катодного пятна вакуумной дуги

К дуговым разрядам относятся все те формы разряда, которые характеризуются низкими значениями катодного потенциала, порядка первого ионизационного потенциала атомов металла катода, и высокой плотности тока у катода, но при дополнительном условии, что скорость нарастания тока в разряде не превышает 10⁷ А/с”. По данным, при скоростях нарастания тока порядка 10⁸ А/с характер явлений у катода меняется. В частности, появляются интенсивные линии искрового спектра в свечении разряда. Этот процесс, как было показано нами во второй части монографии.сопровождается спонтанным образованием новых катодных пятен.

Для дуги характерны следующие особенности:

1. Низкое напряжение горения разряда, сравнимое с первым потенциалом ионизации атомов материала катода;

2. Большая плотность тока в области катодной привязки разряда;

3. Высокие концентрации заряженных частиц в прикатодной области;

4. Наличие порогового тока, ниже которого дуга гаснет;

5. Самопроизвольный обрыв тока дуги.

В случае вакуумной дуги единственным источником поставки частиц в промежуток является сам катод. Поэтому все своеобразие дуговой формы разряда целиком обусловлено процессами на катоде, в так называемом “катодном пятне”.

Если катод не был подвергнут специальной обработке по его очистке, то на его поверхности будет много диэлектрических пленок и включений. В этом случае в начальной стадии дуги на поверхности всех металлов возникают быстро перемещающиеся катодные пятна, которые называют пятнами первого типа Типичный пример таких пятен показан на рис. 4.1 (слева) Они существуют независимо друг от друга и приводят к незначительной эрозии поверхности катода (£ 10^-6 г/Кл).

Спустя некоторое время после зажигания дуги (50-500 мкс при токе 70-100 А) наряду с пятнами первого типа появляются отдельные пятна больших размеров, у которых будет меньшая скорость перемещения. Это пятна второго типа рис. 4.1 (справа). Они всегда появляются на хорошо очищенных и обезгаженных поверхностях катода. Наконец, на поверхности остаются только пятна второго типа. Они производят значительно большую эрозию (~10^-4 г/Кл).

Рис.4.1 Эрозионные следы кратеров первого и второго типа

На катоде с примесями загрязнений и диэлектриков существуют пятна первого типа, а на чистых катодных поверхностях - пятна второго типа. Катодное пятно второго типа состоит из нескольких активно эмиттирующих участков, При токе выше порогового наблюдается самопроизвольное отмирание одних ячеек и образование новых за счет деления оставшихся. В результате чего катодное пятно в целом хаотически перемещается