8.3.2. Дуговой разряд

П ри значительном увеличении разрядного тока аномальный тлеющий разряд переходит в дуговую форму. Существенными, отличительными от тлеющего, признаками дугового разряда являются следующие признаки:

1. Значительно меньшая величина катодного падения напряжения .

2. Большое значение разрядного тока I.

3. Разряды могут существовать как при низком (как у тлеющего разряда), так и при высоком давлении.

4. Если у тлеющего разряда на катоде происходят γ-процессы, то у дуги таковыми являются термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии.

8.3.3. Коронный разряд

Если хотя бы один из электродов имеет: 1) небольшой радиус кривизны (большая кривизна) (острие) и 2) давление достаточно высокое (атмосферное или несколько ниже), то при повышении напряжения несамостоятельный разряд переходит в коронный самостоятельный разряд. Возникновение коронного разряда можно заметить по свечению у острия электрода с большой кривизной. В области свечения происходит интенсивная ионизация и возбуждение молекул газа (образуются лавины). Эта часть разряда называется коронирующим слоем, а электрод, к которому он примыкает – коронирующим электродом. Между коронирующим слоем и некоронирующим электродом лежит внешняя область короны. В разряде на постоянном токе может коронировать как положительный (положительная корона), так и отрицательный (отрицательная корона) электроды.

В случае отрицательной короны явления на коронирующем электроде – катоде сходны с явлениями на катоде тлеющего разряда: во внешней области отрицательной короны нет электронных лавин (они находятся в коронирующем слое); здесь течет ток, состоящий из электронов и отрицательных ионов, и находится область отрицательного объемного заряда, которая ограничивает ток в цепи разряда.

8.3.4. Искровой разряд

Искровой разряд возникает между плоскими (или слабо закругленными) электродами при больших давлениях. Искра – это прерывистый во времени разряд, проходящий по тонким извилистым ярко светящимся каналам. Искровой разряд можно рассматривать как стадию, на которой из-за невысокой мощности источника питания заканчивается развитие самостоятельного разряда.

Тема: Движение электрона в электрических и магнитных полях

1. Электронная оптика

К изучению движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях можно подойти, основываясь на волновых свойствах частиц. В некоторых случаях (дифракция и отражение электронов от кристаллической решетки – электронная волновая оптика) это просто необходимо. Однако известно, что при уменьшении длины волны волновая оптика переходит в геометрическую. Напомним, что геометрическая оптика – это оптика, в которой действуют законы прямолинейного распространения, отражения и преломления световых лучей.

В подавляющем числе случаев, где рассматривается движение электронов в электрических и магнитных полях (электронные вакуумные приборы: электронные пушки, электронный микроскоп и т.д.) длина волны электронов настолько мала, что критерий применимости геометрической оптики выполняется в полной мере. Именно такой случай мы сейчас и будем рассматривать. Поэтому в дальнейшем мы будем пользоваться представлениями об электронных лучах и рассчитывать их параметры методами геометрической оптики. При этом результаты изучения движения заряженных частиц методами геометрической оптики должны будут совпадать с результатами электронной баллистики, рассчитывающей траектории движения электронов.

Покажем это:

1. Основное положение геометрической оптики – принцип Ферма – гласит: при распространении света между двумя точками А и В луч выбирает такой путь, время его распространения по которому минимально, то есть вариация времени равна нулю:

, (1)

где ds – перемещение, – скорость света в среде, равная отношению скорости света в вакууме с к показателю преломления среды n ( ), – элемент времени.

2. Движение материальной частицы (между точками А и В) в поле консервативных сил подчиняется принципу наименьшего действия – принципу Мопертюи, согласно которому вариация действия равна нулю:

, (2)

где – элемент действия ( – действие).

Сравнение (1) и (2) показывает, что путь, проходимый лучом света между точками А и В через среду с показателем n, совпадает с траекторией частицы, движущейся между этими же точками, если при этом на частицу (электрон) действуют силы (со стороны электрического и магнитного полей) так, что скорость (x, у, z) изменяется пропорционально показателю n (x, у, z):

~ n или , (3)

где b – коэффициент пропорциональности. Примем далее, что b = 1 (поскольку практическое значение имеет отношение показателей преломления, а не сам показатель преломления) и, исходя из связи между скоростью электрона и потенциалом электрического поля: ,

запишем:

. (4)

Это соотношение указывает на связь между показателем преломления и потенциалом (напряжением).

Рассмотрим пример полного внутреннего отражения электронных лучей в однородном электрическом поле.

П усть электрон входит в однородное электрическое тормозящее поле под углом α к силовым линиям. Проведем систему близких эквипотенциальных поверхностей – плоскостей V₀,V₁,V₂…и заменим истинное распределение потенциала ступенчатым, полагая, что на первой плоскости потенциал меняется скачком от V₀ до V₁ , затем является постоянным, на второй плоскости опять меняется скачком от V₁ до V₂ и т.д. Соответственно, и показатель преломления среды будет постоянным в пространстве, где потенциал постоянен, и изменяться скачком при переходе через плоскость раздела потенциалов.

Если число скачков потенциала увеличить до бесконечности, то в пределе мы получим истинную траекторию движения электрона – параболу.