быстрое разрушение висмута.

Таким образом, как и в экспериментах, проанализированных

щённого эфира (224).

в п. 18.10, 21.12, разрушение висмута наступает при создании лазером внутри висмута0 давления, близкого к давлению невозму-

Рассмотренныйэкспериментслазеромдаётещёодинспособ определения давления эфира в веществах, помимо взрыва прово-

лочек (п. 18.10) и измерения энергии сублимации (п. 21.12).

23.9. Эксперименты в техническом вакууме

Состояние разреженного газа, находящегося при давлении ниже атмосферного, называется вакуумом [36, с. 215] или техническим вакуумом, чтобы подчеркнуть наличие некоторого остаточного количества молекул газа.

Степень разрежения газа характеризуется соотношением

487

Проведение экспериментов в высоком и сверхвысоком вакууме позволяет минимизировать влияние молекул газа на изучаемые процессы, то есть исследовать процессы в чистом виде.

Важность экспериментов с электричеством в вакууме определяется возможностью непосредственного исследования течений эфира. Кроме того, в вакууме облегчается изучение устройства микромира.

23.9.1. Темновой ток

Рассмотрим явления, возникающие между электродами в ва-

кууме под действием электрического поля. В высоком вакууме

(средняя длина свободного пробега молекул больше размеров 10сосуда7 [В/см[36], с. 215]) с ростом электрического поля до

121, п. 25.6, с. 575]. При дальнейшем увеличении происходит пробой – разряд с резко падающей вольтамперной характеристи-

возникает так называемый темновой ток [184, с. 89;

[184, с. 89]. Ещё более высокое поле приводит к взрыву проводника, см. п. 18.10 и приведённую там литературу, а также ссылки в конце п. 25.1 справочника [121].

кой, сопровождающийся изменением поверхности электродов

Инициирование при > 107 [В/см] пробойного электрического тока в вакууме [185, c. 197; 186, с. 27] убедительно объяс-

няется в классической физике эмиссией из катода электронов,

энергия которых увеличилась под воздействием до значения работы выхода, позволяющего преодолеть силы связи с телом [121, гл. 25; 185, п. 11.2.6; 187, гл. XVII]. Например, ток при термоэлектронной эмиссии в широком диапазоне температур хорошо описывается формулой Ричардсона – Дэшмана с поправкойШоттки,учитывающейвнешнееэлектрическоеполе[188,гл.

3, п. 7; 36, с. 423].

Катодный механизм инициирования пробоя считается основным [186, с. 26].

488

При больших полях > 107 [В/см] ток в вакууме может быть обусловлен целым рядом эффектов: движением электро-

нов, вырываемых полем из поверхности катода под действием электрического поля; вторичной эмиссией, возникающей за счёт бомбардировки соответствующих электродов ускоренными в электронами и ионами [185, с. 197]; выбиванием электронов под действием света и т. д.

к тёмному таунсендовскому разряду [185, гл. 12.2.2], но в вакууме.

Например, проанализируем экспериментальные данные об

при создании разности потенциалов [186, с. 27; 189, с. 54]. Запаздывание объясняется инерционностью джоулева разогрева катода и началом эмиссии электронов с его микровыступов [190, с. 266]. При этом не разъясняется механизм разогрева, когда поле

489

ещё недостаточно для выброса электронов с микровыступов, а ток уже наблюдается.

Нет также объяснения роста максимально возможной силы темнового тока с улучшением глубокого вакуума [184, с. 71].

Экспериментальному изучению темновых токов посвящены

обширные исследования, см., например: [184, гл. 3]. Основная проблема их теоретического объяснения состоит в том, что темновые токи наблюдаются при напряжённости электрического

поля, в раз меньшей, чем это вытекает из формулы

100 − 1000

Шоттки [188, с. 103; 185, с. 197, 208; 190, с. 266], учитывающей

внешнее электрическое поле. Более того, они могут оказывать

кинетическое (механическое) действие [191, с. 756]. Таким образом, в электронно-ионной теории проводимо< 10сти7 [вакуумаВ/см] имеется противоречие: электроны при полях не мо-

гут в большом количестве вырваться из электрода и заметного электрического тока не должно быть, а он наблюдается.

Для разрешения данного противоречия современная физика, отказавшаясяотпонятияэфираинесвязывающаяэлектрический ток с течением эфира, вынуждена придать электронам в проводникевыходящеезарамкиклассическойфизикитуннельноесвойство, которое позволило бы им в большом количестве покидать электрод. Физика объясняет темновые токи исключительно туннельной (автоэлектронной, полевой, холодной) эмиссией электроновизкатодакакпрохождениезаегограницу электроновлюбой скорости в виде волны [36, с. 423; 188, гл. 3, п. 4, 8; 185, п. 6.5.1; 193, с. 204–206]. Утверждается, что понять механизм темновых токов возможно только на основе волновой (квантовой)

механики [28, с. 449; 194, с. 154].

Однако важно подчеркнуть, что для разумной интерпретации явлений, таких как пробой в глубоком вакууме, современная физика всё же вынуждена вводить понятие некоторой среды, в которой происходят процессы. Например, квантовая механика наделяет вакуум энергетическими свойствами, см., например,

490

обзор в [ru.wikipedia.org/wiki/Вакуум]. Согласно квантовой механике, пробой в глубоком вакууме объясняется с помощью самопроизвольного рождения виртуальных электрон-позитронных пар и разрыва их электрическим полем [28, с. 390; ru.wikipedia. org/wiki/Поляризация_вакуума]. Виртуальные частицы в квантовой теории поля фактически выполняют роль некоторой среды, обеспечивая различное взаимодействие реальных частиц, при этом точный механизм взаимодействий считается до сих пор не установленным [36, с. 882].

Темновые токи исследовались во многих сотнях экспериментов, см. ссылки на литературу в [184, гл. 3; 191, гл. 12; 185, с. 388]. Однако описания некоторых, требуемых для адекватной интерпретации, деталей найти не удалось. Поэтому авторы совместно с В.А. Чижовым, И.Н. Степановым и С.М. Годиным провели дополнительные опыты, в которых изучались вольт-ампер- ная характеристика, особенности свечения электродов, механическое воздействие катодно-анодных лучей и влияние на них внешнего магнитного поля. Количественные оценки параметров течения эфира в данных экспериментах представлены в п. 23.9.2 –23.9.4.

Подчеркнём, что анализ световых явлений около электродов и в вакуумном промежутке в сочетании с вольт-амперной характеристикой является стандартной методикой при изучении электрических разрядов в вакууме, дающей наиболее ценную информацию, см., например: [189, п. 3.2].

По определению низкий[вакууммм. рт. стначинается] с уменьшением атмосферного давления до 1 (см. [36, с. 215]), то есть в 760 раз. В наших опытах использовался масляный насос V-

i220SV с фильтром на патрубке, идущем к вакуумнойкамере, ко-

= 5 ∙ 104

торый минимизирует попаданиевак в неё масла. Данный насос даёт 2остаточное[Па] = 2 ∙давление10−5 [барв] ≈ 1.5 ∙ 10−2 [ммраз. ртменьше. ст. ]. атмосферного:

491

Ниже, в подпункте 2, будет показано, что в наших экспери-

ментах средняя длина пробега ускоренных электрическим полем электронов в эффекте ионизации молекул больше размеров сосуда. Поэтому с точки зрения процессов ионизации нейтралов 2электронами[Па] используемый вакуум с остаточным давлением можно классифицировать как достаточно высокий [36, с. 215]. Большой по сравнению с размером камеры ионизационный пробег электронов приводит к отсутствию лавинообразного механизма их размножения [185, с. 339]. В этом состоит одно из главных отличий данных экспериментов от типичных вакуумных разрядов в длинных трубках и разрядов при атмосферном

давлении.

Подтвердить полученные здесь результаты можно экспериментами в более глубоком вакууме, однако это уже потребует специального оборудования для откачки воздуха и более высокого напряжения для создания темнового тока, а также защиты

закрытый снизу стальным диском.

В кольцевом пазу диска располагалась прокладка из вакуумной резины, которая покрывалась вакуумной смазкой для обеспечения надёжной герметизации2 [Па] . После откачки воздуха и выключении насоса давление в камере держалось более 12 часов, что говорит о хорошей изоляции камеры от внешнего давления.

На периферии внутри вакуумной камеры располагалась тонкая сетка из оцинкованной стали (клетка Фарадея). Сетка экранирует воздействие внешних зарядов, например, наведённых на стекле, и даёт возможность изучать форму и яркость возникающего на ней свечения. Один из электродов монтировался в сетку и имел~1 [смней] проводящий контакт, его остриё выступало из сетки на . Другой электрод располагался внутри камеры. Каждый электрод представлял собой медную проволоку сечением

492

Рис. 17. Схема расположения электродов и части сетки.

Измерение напряжения и тока проводилось осциллографом OWON SDS7102, а также мультиметром MAS838. Напряжение между электродамирегулировалосьЛАТЕРом (автотрансформатором), соединённым с умножающим трансформатором. Такая

вышения этой разности потенциалов. Электрическое поле со-

493

ставляло ~ 103 [В] / 4 [см] = 250 [В/см]. Наблюдались признаки темнового тока [184, с. 71]: голубовато-фиолетовое свечение электродов, отсутствие разогрева электродов и заметного изменения их поверхности. Свечение между электродами было более тусклым, чем на них. Такой разряд можно отнести к одному из режимов тлеющего разряда в вакууме [185, гл. 12].

Проанализируем все основные эффекты, известные для разрядов, и покажем, что данные наблюдения не удаётся объяснить движением заряженных частиц. Проведём рассуждения на основе понятий средней длины свободного пробега и эффективного сечения. Такая методика даёт приближённые оценки, см., например: [27, с. 324]. Однако более детальное изучение процессов в остаточном воздухе является слишком сложной задачей, так как вобщем случае требует численного решения системы кинетических уравнений для всех содержащихся в нём частиц.

1. Рассмотрим вклад в ток свободных электронов и ионов, имеющихся в остаточном воздухе.

Наличие электронов и ионов в воздухе обусловлено процессами, связанными с воздействием быстрых частиц, приходящих из космоса и земли, а также с естественной

ном газе постоянно поддерживается внешними источниками.

Оценим скорость, приобретаемую электронами в

В таком случае электрон за время прохода расстояния ~5между[см]цент/ ,упрральным~ 8 электродом и сеткой претерпевает упругих столкновений с остаточным

газом. Потеря энергии электрона в одном упругом столкновении с атомом обычно является малой [185, п. 2.3.2,

положительно заряженных частиц приблизительно такая

2.Проанализируем эффект ионизации нейтральных частиц ускоренными электронами.

495

мала и такой механизм не даёт заметного вклада в ток. То есть здесь не образуется лавины электронов, являющейся первичным элементом пробоя во многих типах разрядов [185, с. 339]. В этом данный эксперимент существенно отличается от многих экспериментов с газовыми разрядами в длинных трубках, где межэлектродное расстояние относительно велико и ускоренные электроны успевают ионизировать остаточный газ.

3. Ионизация нейтралов остаточного газа ионами также мала.

В предположении доминирования числа нейтралов над числом ионов среднюю длину,упрсвободного пробега иона при упругих столкновениях можно грубо оце-

нить по порядку величины средней длиной свободного пробеганейтрала[185,с.63].Согласноданным[175,с.46,

496

электронами(заметнаякэВ ионизацияионамикэВможетначаться с нескольких или даже десятков ) [197, с. 194; 198]. Поэтому длина свободного пробега иона для процесса ионизации нейтрала больше, чем у электрона, а значит, согласно подпункту 2, ионы попадают на катод, не успевая ионизовать нейтралы.

4.Обсудим возможность эмиссии электронов из электродов

под действием электрического поля.

При измеренных поле и токе не должно происходить заметной эмиссии электронов~из10катода3 [В/смпод] действием , так как в этом режиме поле ~107 [малоВ/см]по сравнению с пробойным полем в вакууме . Кроме

того, в данных условиях поправка Шоттки (см. формулу (6.7) в [185] или [121, с. 567]), которая учитывает влияние

Оценки усиления электрического поля на микровыступах, см., например, рассуждения в [28, с. 449; 195, с. 16], скореевсего,даютсильнозавышенныйрезультат,так как основываются на придании физического смысла математической абстракции, в которой электрическое поле неограниченно возрастает при стремлении радиуса к

497

нулю, и не учитывают множество процессов, происходящих рядом с микровыступом и непосредственно на нём, например, поляризацию молекул и разделение зарядов, ослабляющих электрическое поле, возникновение разности потенциалов между остриём микровыступа и поверхностью электрода, а также существенно опираются на предположение о форме и размере этого выступа (например, устремив размер микровыступа к нулю, можно получить сколь угодно большое электрическое поле [28, с. 449]). В любом случае, в эфирной интерпретации, согласно п. 23.9.6, существует режим разряда (величина электрического поля), в котором вытекание эфира из катода происходит без отрыва электронов от атомов из-за недостаточной плотности энергии течения эфира. Этот режим в современной физике связывается с туннелированием электронов.

В не меняющем направление электрическом поле электронная эмиссия из анода, если имеется, не приводит к увеличению числа свободных электронов, так как они должны быстро притягиваться анодом [185, п. 6.3.4; 188,

с. 175].

5.Признаки термоэмиссии электронов или ионов отсутствуют, так как нет красно-жёлтого свечения электродов и существенных изменений их поверхности.

6.Проанализируем возможность эмиссии из катода электронов под воздействием света (фотоэффект, см., напри-

мер: [188, гл. 4; 193, с. 200–204]).

На электродах наблюдается голубовато-фиолетовоеэл свечение. Мощность испускаемой при этом энергии

можно приближённо оценить сравнением яркости свече-,Лнапример лампы, с известной мощностью излучения . Поверхностная плот-

ность мощностиЛ/(4 излучения2) от лампы на расстоянии составляет . Пусть на светящейся поверхности

498

7. Обсудимэмиссиюионовизанодаподдействиемускорен-

Кроме того, в п. 2–6 установлено

отсутствие источников электронов, которые могли бы заметно изменить исходную концентрацию электронов в воздухе,увеличивплотностьихтока. Значит, электронноионная эмиссия также не даёт заметного вклада в измеряемый ток.

8. Образования значительного числа отрицательных ионов за счёт получения нейтралом электрона от катода не происходит, так как в условиях эксперимента эмиссии электронов из катода нет (см. подпункт 4). Кроме того, энергия связи электрона с атомом или молекулой в отрицательном ионе (энергия сродства к электрону) [121, с. 421] значительно меньше работы выхода электрона с поверхностиметалла[121,с.568]. Поэтомунейтраламнехватает энергии связи для вырывания значительного количества электронов из катода.

9. Образование заметного числа положительных ионов за чёт отрыва электронов от нейтралов электрическим108 [поВ/- смлем] происходит при очень больших полях

и связывается с туннелированием электрона, см., например:[197,с.196; 199,с.12]. Такиеполяобычноприписываются микровыступам анода. Однако в рассматриваемом эксперименте нет увеличения измеряемого на шесть порядков величины даже по завышенной оценке

[28, с. 449].

Кроме того, в эфирной интерпретации ток в проводнике обусловлен в первую очередь движением эфира, а не свободных электронов (см. п.18.10, 23.6.1, 23.3). Поэтому оторванные от нейтралов электроны, не имея возможности течь по проводнику, должны были бы накапливаться в большом количестве на поверхности анода, а этого не наблюдается.

10.Рассмотрим эффект выбивания ускоренными ионами электронов из катода (ионно-электронная эмиссия).

500

точников ионов нет, поэтому ионно-электронная эмиссия может происходить лишь с участием очень небольшого исходного количества ионовкэВ(см. подпункт 1). Учитывая, что приходящееся на один ный ион число выбиваемых электронов много меньше единицы, см., например: [121, с. 590], такой процесс может увеличить концентрацию электронов лишь незначительно. Таким образом, ионно-электронная эмиссия не даёт заметного вклада в измеряемый ток.

11.Ионно-ионная эмиссия на катоде, если имеется, также не даёт существенного вклада в ток, так как образовавшиеся

ионы в не меняющем знак электрическом поле должны быстро притянуться к катоду.

Таким образом, поведение электронов и ионов в рассматриваемом эксперименте не объясняет наблюдаемую величину электрического тока.

Анализ подобных экспериментов, как уже отмечалось, привёл физику к необходимости введения в пустоте энергетических состояний и виртуальных частиц. Такой шаг можно интерпретировать как возврат к понятию среды, в которой происходят все процессы, то есть к эфиру. В физике принят и ещё более экзотический для понимания способ устранения противоречий в теории проводимости вакуума и объяснения начальной стадии разряда в нём – наделение электронов туннельным свойством [188,

гл. 3, п. 4, 8; 185, п. 6.5.1].

В данной книге вместо странных теоретических абстракций предложена последовательная, логически объединяющая мно-

501

жество физических законов, методология интерпретации явлений, основанная на двух постулатах: сохранение количества эфира и количества его движения. В этой методологии темновой ток и сопутствующие явления имеют простое и наглядное объяснение.

В эфирной интерпретации электрический ток является течением эфира с ненулевым ротором ротора, см. п. 12. При достаточном давлении течение эфира вырывается с поверхности электрода наружу и приходит на другой электрод. Электроны и ионы также могут двигаться в потоке эфира между электродами, но, согласно приведённым выше количественным оценкам, основной эффект темнового (допробойного) тока обусловлен течениемэфира.Дополнительнымподтверждениемэтогослужитвыполнение в вакууме (эфире без вещества) аналога закона Видемана – Франца, в котором используется теплопроводность эфира, рассчитанная с помощью кинетики ньютониев, см. п.

21.11.

Достаточно сильный поток эфира возбуждает нейтральные атомы электродов и остаточного воздуха. Возвращаясь в невозбуждённое состояние, атомы испускают кванты света. Наблюдается свечение. Около электродов пространственная неоднородность течения эфира больше, чем между ними, поэтому возбуждение и соответственно свечение около электродов сильнее. Го- лубовато-фиолетовый цвет свечения обусловлен ярко выраженным присутствием этого цвета в спектрах атомов азота, кислорода, меди, цинка, железа.

Повышение разности потенциалов между электродами соответствуетувеличениюразностидавленийэфирамежду ними,см. формулу (75). Увеличение разности давлений приводит к усилению течения эфира, которое делает свечение ярче, разогревает электрод, начинает отрывать электроны от атомов (см. п. 23.9.6, 23.9.7) в первую очередь с микровыступов, где прочность материала слабее, и даже может привести к взрыву электрода (см. п.

502

18.10). С появлением большой эмиссии электронов темновой разряд переходит в пробойный.

Известные ранее и описанные здесь эксперименты позволяют сделать важнейший вывод: отрицательный заряд некоторой области соответствует повышенному давлению эфира внутри неё по сравнению с давлением в окружающем область эфире.

Так, в экспериментах, проведённых в глубоком вакууме независимо разными авторами [189, с. 57–64], показано, что перед возникновением заметного тока свечение начинается с катода (отрицательно заряженного электрода). И в целом, катодный механизм инициирования пробоя считается основным [186, с. 26]. Согласно уравнению движения (5), эфир течёт в сторону меньшего давления. Отсюда заключаем, что в катоде (или в его приграничной области) имеется повышенное давление эфира.

Сэфирной точкизрениятечениетокаоткатодаканоду означает, что анод принимает течение эфира. Это возможно при пониженном давлении эфира внутри анода по сравнению с давлением в окружающем его эфире.

В наших экспериментах данные выводы подтверждаются следующими наблюдениями. Свечение неизолированной поверхности катода происходит со всех сторон, а не только со стороны анода (такой эффект наблюдается и на сверхпроводящем катоде[192]). Причёмостриёкатодасветитсяменееярко,чембоковые поверхности. Особенно наглядно такая разница в свечении проявляется на коловрате с неизолированными спицами при подключении к нему отрицательного полюса, см. п. 23.9.4. Это означает, что поток эфира начинает вырываться из катода, как только заканчивается изоляция провода и уменьшается расстояние до анода, втягивающего эфир. В первую очередь течение может идти с микровыступов, где атомарная структура ослаблена.

Эффект вытекания эфира из катода при «первой возможности» объясняет образование тёмного пространства около острия

503

катода, где скорость течения оказывается слабее и меньше возбуждает остаточный газ.

Анод, наоборот, светится в основном вблизи острия. Это можно объяснить закупориванием его неизолированной поверхности втягиваемыми эфиром частицами и ослаблением скорости течения эфира в дальней от катода области. Остриё анода светится ярче, что соответствует началу втягивания эфира в месте наиболее ослабленной атомарной структуры.

Такие выводы подтверждаются и значительно бóльшим пятном свечения на сетке вокруг электрода при подключении к ней отрицательного полюса по сравнению с положительным. На отрицательно заряженной сетке эфир испускается с большей областинаней.Приположительнозаряженнойсеткепроисходитвтягивание эфира в ближайших к острию катода местах.

Вывод об избыточном давлении эфира в катоде соответствует и пониманию эмиссии электронов из катода как выдавливания их эфиром, см. п. 23.9.6.

Иными словами, поверхность катода можно представить как наборсопелнакамересповышеннымдавлениемгаза(илималых отверстий в воздушном шаре), а анод – как набор сливных каналов.

В установившемся режиме направление электрического поля между катодом и анодом определяется градиентом давления эфира между ними, см. формулы (72), (15). Если при выходе за границу катода, в котором давление эфира повышено, происходит ускорение течения эфира, а перед поверхностью анода – торможение, то, согласно (15), (72), в случае слабо меняющейся плотности эфира градиент давления направлен к аноду, а электрическое поле – к катоду. Это соответствует принятому в физике направлению электрического поля от положительного заряда к отрицательному, см., например: [28, с. 19, 20].

504