2.6 Эффект полного напряжения

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

U_пр = constd^ (2.11)

Если причиной пробоя является автоэлектронная эмиссия с микровыступов и взрывное их разрушение за счет джоулева разогрева, то для стационарного случая Е_пр = const, то есть U_пр = Е_прd. 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 Е_пр падает. В этих условиях пробой промежутка определяется не столько значением Е_пр, 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^-9с 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 пробояt_з), за которым идет участок относительно монотонного роста тока до амплитудного значения, ограниченного сопротивлением разрядного контура (время коммутацииt_к). После этого времени начинается дуговая стадия. Обычно времяt_котсчитывается между уровнями 0.1 и 0.9 от амплитудного значения тока, равногоU_a/R, гдеU_a амплитуда напряжения,Rсопротивление разрядного контура. Это время характеризует длительность искровой стадии вакуумного разрядаt_s. Однако времяt_кне равно в точности времениt_s, так как при большом сопротивленииRможет бытьt_к t_s. Время запаздывания появления искрыt_зявляется фактически длительностью стадии пробоя. Это время измеряется от максимума пика емкостного тока до уровня 0.1 от амплитуды значения тока. О природе времениt_змы говорили в главе 2.

Рис.3.1 осциллограмма искрового разряда d=0.5mmU=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 времениt_з) 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 10¹⁰А/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=0/35mmU=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10⁶см/с. Скорость расширения КФ определялась из кадровIXиX, снятых при одинаковых диафрагмах объективов. Она оказалась равной 210⁶см/с.