2. 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.

3. Теоретическое описание катодного пятна

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

4. 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. 2.Пробой

1. 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^-1с, амплитудой  0.01 А, возникающие при подаче на вакуумный промежуток с загрязненными электродами (d  1 мм) напряженияU >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.