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

ального макета тиратрона для одного режима работы. Потери в разные периоды импульса тока выделялись пу­ тем отсечки начальной или конечной части импульса тока с помощью вспомогательного тиратрона*. Распре­ деление составляющих потерь между электродами тира­

потери на катоде возникали только в период горения

импульса, па аноде же выделялись все стартовые поте­ ри, часть потерь проводимости и часть послеимпульспых потерь.

Для разделения потерь можно пользоваться другим схемным способом, сравнивая потери мощности на каж­ дом из электродов тиратрона в режимах с разными па­ раметрами. Потери проводимости измеряются в режиме с большой длительностью импульса тока и заведомо малыми стартовыми и послеразрядными потерями. Стар­ товые и послепмпульсиые потерн можно вычислить, со­ поставляя потери в режимах с разными значениями кру­ тизны фронта импульса тока или разным обратным на­ пряжением.

Таким способом было найдено, например, распреде­

дорода потери на аноде на 60% состоят из потерь про­ водимости, остальные 40% приходятся на долю старто­ вых потерь. На сетке около 95% потерь возникают в период проводимости и лишь 5% в период старта. Послеимпульсные потери в этом режиме оказались пренеб­ режимо малы.

Распределение импульсных потерь проводимости по

амплитуды тока удельный вес потерь на аноде меняется мало, доля потерь на сетке возрастает, а на катоде соот­ ветственно падает.

На сетку тиратрона, обычно окружающую катод, пе-

* Полученная в [90, 91] связь Р ст, Рпр и Р0оР с параметрами электрического режима изложена п предыдущем разделе.

126

редается значительная доля мощности от катода ( / \ + -{-Рк). Эта мощность воспринимается всей поверхностью

Рис. VII.4. Распределение импульсных потерь мощности в период про­ водимости (в процентах) между электродами тиратрона ТГИ1-2500/50 при скважности импульса 2000 (/), 1000 (2) и 666 (3).

сетки и вызывает некоторое повышение ее средней тем­ пературы. Потери, выделяющиеся на сетке из разряда, локализуются в том уча­ стке, где проходит столб дуги, и вызывают здесь сильный местный перегрев сетки и уменьшение плотно­ сти газа. Это может приве­ сти к неустойчивой работе

тиратрона (см. гл. V). При давлении (плотности) водо­ рода ниже 0 ,2 мм рт. ст. поте-

Рис. V1I.5. Зависимость мощности, выделяющейся на аноде и сетке

Уобр = 3 кВ' -fn = 340 ИМП/С-

ри мощности в тиратроне возрастают и за счет некоторо­ го роста потерь проводимости и особенно за счет рез­ кого увеличения стартовых потерь (рис. VII.5).

127

Из приведенных данных следует, что в режимах с малой длительностью импульса и большой частотой сле­ дования импульсов, когда особенно велики стартовые по­ тери, в наиболее тяжелом тепловом режиме оказывается анод тиратрона *. Напротив, в режимах с большой дли­ тельностью импульса и низкой частотой их следования преобладают потери проводимости, выделяющиеся на катоде и сетке.

Г ла в а VIII. СОЗДАНИЕ ПОСТОЯННОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В ТИРАТРОНЕ

V III.1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА С ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕ­ МЕНТАМИ

Поглощение газа в процессе работы ограничивает долговечность газоразрядных приборов низкого давле­ ния. Газ поглощается металлическими электродами при­ бора, его диэлектрической оболочкой, а также при взаи­ модействии с активным веществом катода, во время испарения которого происходит захват молекул газа. Водород— активный газ, вступающий в реакцию со всеми без исключения элементами периодической систе­ мы, поэтому его поглощение в газоразрядных приборах протекает более интенсивно, чем поглощение инертных газов. Взаимодействие водорода с химическими элемен­ тами и особенно с металлами рассмотрено в ряде мо­ нографий, например см. [96, 97].

Процессами, приводящими к поглощению водорода твердыми телами, являются: поверхностная (физиче­ ская) адсорбция, активированная адсорбция или хемо­ сорбция, диффузия, следующая за хемосорбцией, обус­

* Измерения потерь в тиратроне [95], работающем при ианосекундных длительностях и больших частотах посылок импульсов показали, что стартовые потери распределяются следующим обра­ зом: до 50%— на сетке, около 30%— на аноде, остальные — на катоде (тиратрон ТГИ1-500/16).

128

ловливающая растворение газа в объеме тела, и хими­ ческое взаимодействие.

Физическая адсорбция водорода металлами уменьшается с рос­ том температуры и является обратимым процессом. Наибольшее количество поглощенного водорода соответствует моиомолекулярному слою (область действия сил взаимодействия. металла с погло­ щенным газом меньше размеров молекулы). Теплота физической адсорбции не превышает 2000—4000 кал/моль. При повышении тем­ пературы ряд сорбентов, например, никель и медь взаимодействуют с водородом путем активированной адсорбции. Теплота активиро­ ванной адсорбции значительно выше теплоты физической адсорбции н составляет для меди 9000— 14 000 кал/моль. Активированная ад­ сорбция имеет малую скорость, и процесс этот необратим. Она предшествует диффузии водорода по всему объему металла. Ско­ рость диффузии зависит от давления водорода и температуры. Так как предшествующая диффузии адсорбция определяется фактиче­ ской поверхностью металла, скорость диффузии может расти при увеличении шероховатости поверхности.

На поглощение водорода влияет также степень деформации ме­ талла, зависящая от условий его обработки. Наличие пустот и тре­ щин в металле повышает скорость диффузии и увеличивает погло­ щение водорода.

Металлы и другие химические элементы вступают с водородом в-химическое взаимодействие с образовани­ ем гидридов; однако эти водородосодержащие системы могут не иметь точного стехиометрического состава, и соотношение атомов представляет собой дробное число (так называемые псевдогидриды).

В монографии Дэшмана [96] приводятся следующие четыре группы, на которые можно разделить все элемен­ ты по условиям взаимодействия с водородом.

Группа А. Металлы, с которыми водород образует только твердые растворы: Ni, Fe, Со, Cr, Ag, Mo, W, Р1, Си. Растворимость водорода в этих металлах растет с повышением температуры Г и подчиняется закону:

1 0 0 г металла либо в атомных процентах); р — давление

Ti, Zr, La, Се, V, Th, Nb, Hf, Та. Растворимость в этом ряду уменьшается слева направо. В определенной обла­ сти температур растворимость водорода уменьшается с ростом температуры.

металлов группы А и группы Б.

Группа В. Щелочные и щелочноземельные металлы. Эти металлы образуют с водородом гидриды: NaH, СаНг, ВаНг.

Группа Г. Неметаллические элементы: С, Si, Se, As также образуют с водородом гидриды.

Рис. VIII.1. Растворимость водорода в металлах группы А и Б [96].

Электроды водородных тиратронов изготавливаются из металлов группы А (никеля, меди, молибдена). При повышении температуры электродов часть водорода рас­ творяется в металлических электродах. Поглощение во­ дорода зависит также от примесей к никелю и меди.

130

Так, обычные восстановители: углерод и кремний, обра­ зуя при определенных условиях гидриды, могут способ­ ствовать дополнительному поглощению водорода.

Значительная часть водорода при прохождении раз­ рядного тока через тиратрон диссоциирована, и он на­ ходится в атомарном состоянии [34]. Это усиливает по­ глощение, так как атомарный водород поглощается ме­ таллами значительно более интенсивно, чем молекуляр­ ный.

Одним из процессов, приводящих к поглощению во­ дорода в разряде, является распыление электродов при бомбардировке их положительными ионами. При распы­ лении и испарении активного материала катода проис­ ходит поглощение водорода, механизм которого аналоги­ чен механизму поглощения газов геттерами; образуются химические соединения типа гидрида бария или строн­ ция. Активирующие присадки к керну катода Mg и Si способствуют образованию свободного бария на поверх­ ности оксидного катода и его испарению, что приводит к более быстрому поглощению водорода. Пленка метал­ ла, образующаяся на электродах и изоляторе в резуль­ тате распыления анода и других электродов при бомбар­ дировке их положительными ионами, также связывает волород.

Для уменьшения скорости поглощения водорода и устранения возможности появления в газовой среде по­ сторонних летучих примесей, электроды водородных ти­ ратронов и керн катода изготавливают из чистейших ма­ териалов: никеля и меди, содержащих не свыше 0 ,1 % примесей.

VIII.2. ПОГЛОЩЕНИЕ ВОДОРОДА В ТИРАТРОНАХ

Первые типы водородных тиратронов, разработанные в США, не имели генератора водорода, и долговечность этих приборов ограничивалась, главным образом, по­ глощением водорода. Однако в литературе о поглощении водорода в тиратронах дается лишь краткое упоминание.

В отечественных сравнительно маломощных тиратро­ нах поглощение водорода изучал В. Г. Новик. На рис. VIII.2 , а показано определенное им изменение давления в тиратронах ТГИ1-50/5 и ТГИ1-35/3 при работе в номи­ нальном импульсном режиме. Поглощение водорода сна­ чала происходит более интенсивно, затем скорость по-