Файл: Фогельсон, Т. Б. Импульсные водородные тиратроны.pdf

При плавном повышении тока так же, как и в пре­ дыдущем случае, ток искрения сначала уменьшается с ростом длительности импульса. Однако в диапазоне 300<Нн< 1 2 0 0 мкс ток искрения либо не зависит (при постоянной скважности импульсов), либо увеличивается (когда скважность импульсов уменьшается с ростом тп) при повышении длительности импульса (рис. IV.22, б).

Анализ условий работы катода н характер рассмот­ ренных выше закономерностей позволяют сделать за­ ключение о том, что искренне оксидного катода в им­ пульсном разряде низкого давления имеет тепловой ме­ ханизм, а не возникает под действием поля. В пользу теплового механизма говорят следующие факты: искре­ ние всегда начинается в конце импульса; ток искрения зависит от длительности импульса. Таким образом, для возникновения искрения необходима определенная энер­ гия, нагревающая оксид (преимущественно в участках с пониженной работой выхода).

Искрение под действием внешнего электрического поля мало вероятно еще и потому, что в большинстве экспериментов оно наблюдалось в режиме ограничения тока объемным зарядом. Например, при Тк = 850° С плотность тока нулевого поля синтерированного оксид­ ного катода составляет 10 А/см2 и поэтому меньше плот­ ности тока искрения во всем интервале длительности импульса (см. кривую 1 на рис. IV.22, а). Если длитель­ ность импульса достаточно велика, то как показано в разд. 1V.4, в результате импульсного нагрева катод пере­ ходит из вынужденного режима в режим ограничения тока объемным зарядом периодически в течение каждого импульса. При температуре катода 850° С время перехо­ да близко к 300 мкс. Поэтому в интервале длительности импульса от 300 до 1200 мкс (кривая 1 на рис. 14.22, а) искрение происходило в режиме ограничения тока объ­ емным зарядом, в то время как при Тц<300 мкс катод работал в вынужденном режиме, т. е. при наличии внеш­ него положительного поля на его поверхности. Напря­ женность поля непрерывно уменьшалась в течение им­ пульса в связи с ростом эмиссионной способности като­ да. Вместе с тем искрение всегда начиналось с конца импульса, т. е. при минимальной величине поля.

Основываясь иа тепловом механизме искрения и пользуясь выражением (IV. 17) для энергии WK, выделяе­

85

кууме, так и в газовом разряде, поэтому энергия джоулевых потерь в оксидном слое, необходимая для иници­ ирования искрения в разряде, должна быть меньше, чем в вакууме на величину, равную энергии, приносимой на катод положительными ионами. Таким образом, нали­ чие ионной составляющей тока снижает ток искрения в разряде по сравнению с током искрения в вакууме. Особенно велико влияние ионов в вынужденном режиме с присущими ему высокими значениями катодного паде­ ния потенциала и ионного тока.

На рис. IV.23 изображена зависимость тока искрения от катодного падения потенциала. По оси ординат на рисунке отложено отношение тока искрения в вынуж-

денном режиме к току искрения в режиме ограничения тока объемным зарядом в процентах. Из рисунка видно, с ростом катодного падения потенциала ток искрения катода уменьшается. Отрицательный эффект, вносимый ионной бомбардировкой катода, в какой-то мере ком­ пенсируется снижением сопротивления оксида в резуль-

86

тате импульсного нагрева. Относительное воздействие обоих факторов, а также величина Тц определяют харак­ тер кривых.

Если длительность импульса больше времени им­ пульсного нагрева оксида, приводящего к переходу ка­ тода из вынужденного режима в режим ограничения тока объемным зарядом, тогда энергия положительных ионов не может оказать существенного влияния на ток искрения, поскольку задолго перед возникновением искрения ионный ток на катод ничтожно мал (1/43 в атомарном водороде), а катодное падение потенциала составляет всего 16 В. Этот случай иллюстрирует кри­ вая / на рис. 1V.22, а. Здесь рост тока искрения при повышении Тц от 300 до 700 мкс объясняется тем, что эффект снижения сопротивления оксидного слоя в тече­ ние импульса преобладает над ростом Тп. Противопо­ ложные условия имеют место при тп > 700 мкс. Здесь снижение R0кс не успевает за ростом тп и в результате ток искрения уменьшается при увеличении длительно­ сти импульса.

С уменьшением температуры катода максимум на кривой пропадает вследствие увеличения АС/к, а следо­ вательно, и энергии ионов, бомбардирующих катод (кри­ вые 2, 3 на рис. IV.22, а ). Когда оксидное покрытие под­ вергается не только импульсному нагреву, но и значи­ тельной электролитической активировке током эмиссии, что имеет место, например, при плавном повышении амплитуды тока, тогда сопротивление оксида может уменьшаться быстрее, чем растет длительность импуль­ са. В этих условиях ток искрения может либо вовсе не' зависеть от т», либо даже увеличиваться с ростом дли­

катоду, который более всего подвергался электролити­ ческой активировке (с ростом / а увеличивался средний ток).

Зависимость ;'а* от давления водорода представлена на рис. IV.24. Ток искрения увеличивается с ростом дав­ ления водорода. Наиболее сильная зависимость ]a*= f(p) существует в области низких давлений.

Катодное падение потенциала является функцией давления газа, наполняющего прибор. В вынужденном

87

уменьшении давления (pnc.IV.24).

Ток искрения, измеренный у отдельных катодов в одинаковых условиях (температура и конструкция като­ да, давление газа и длительность импульса), существен­ но различается, что объясняется различным качеством катодов. Для гарантии длительной и устойчивой эмиссии катода за допустимую импульсную плотность тока эмис­ сии, ограничиваемую искрением /*оп, принимается плот­

ность тока, величина которой меньше минимальной из наблюдавшихся в экспериментах. По такому принципу

.построены зависимости /д0П= /(ти) на рис. IV.25.

Учитывая влияние давления на ток искрения, необхо­ димо, выбирая величину /*оп, делать поправки, которые

вкаждом конкретном случае будут зависеть от давления

вприборе. Например, при р = 30 Н/м2 (р= 0 ,2 ммрт. ст.) допустимая плотность тока эмиссии, ограничиваемая искрением, должна быть на 35% меньше величины /доп, найденной из рис. IV.25.

88

Глава V. ПРОХОЖДЕНИЕ ИМПУЛЬСА ТОКА ЧЕРЕЗ

ТИРАТРОН

V.1. НЕОДНОРОДНОСТЬ ПЛАЗМЫ МЕЖДУ КАТОДОМ И АНОДОМ

Для водородного тиратрона в течение прохождения через него импульса тока основной характеристикой яв­ ляется зависимость, которая связывает значения ампли­ туды тока с установившимся напряжением горения (вольт-амперная характеристика). В установлении на­ пряжения горения играет роль и изменение поверхност­ ной температуры электродов, прилегающих к разрядно­ му пространству, п то поперечное и продольное измене­ ние плотности водорода, которое производится протека­ нием токов большой плотности через газ.

В тиратроне пространство между катодом п анодом длиной до нескольких сантиметров при прохождении то­ ка заполняется не однородной плазмой, а рядом после­ довательно включенных плазм, разделенных перепадами напряжения в местах сужения разряда (сетка, экраны катода п т. д.). Если сетка имеет множество отверстий, картина еще более усложняется, так как ток проходит параллельно через несколько отверстий одновременно, причем совершается переход тока из одного отверстия в другое. Можно условно провести деление полного паде­ ния напряжения между катодом и анодом на ряд состав­ ляющих: падение напряжения на оксидном слое катода АС/оис, катодное падение потенциала в разрядном про­ странстве ДUK, падение напряжения в водородной плаз­ ме Д£/0т, падение напряжения в сужениях сетки ДУотв и изгибах разрядного пути, наконец, анодное падение ДUa. Отдельные области могут заметно влиять друг на друга либо электронными и ионными потоками, либо потоком излучения, переходящими из одной области разрядного промежутка в другую. Под воздействием этих потоков суммарное падение напряжения 2ДU чаще всего может быть меньше, чем сумма отдельных паде­ ний напряжения:

2 = AU окс - f A U к + ДU ст+ A U отв+ A U а > AU а- к

(V.1)

Остановимся несколько подробнее на отдельных со­ ставляющих суммы, имея в виду, что оценка их проведе­

89