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

но 'В месте контактов металла с изолятором анодного ввода. В керамических приборах резко неоднородно по­ ле между электродами (анодом и сеткой) и диэлектри-

1 —анод, 2 —диск сеткн, 3 —экранирующий диск, 4 —анодный ввод.

ческой оболочкой прибора вдоль их боковых поверхно­ стей и в местах сочленения. В разрядном промежутке между плоскостями анода и сетки однородность поля нарушается отверстиями в сетке, предназначенными для прохождения дуги через сетку к аноду (отверстие D на рис. П.З).

Потенциал зажигания разряда в неоднородном поле сложным образом зависит от геометрической формы электродов и их полярности [20]. Зажигание разряда происходит лишь тогда, когда большинство ионов из раз­ рядного промежутка .приходит к месту выхода первич­ ных электронов. В однородном поле это условие легко выполняется, так как траектории электронов и ионов направлены вдоль прямолинейных силовых линий. В не­ однородном поле быстрые электроны могут значительно отклоняться от сильно искривленных линий поля, в то время как положительные ионы,, вследствие эффекта пе­ резарядки, менее отклоняются от силовых линий. По­ этому в неоднородном поле не все длинные пути могут использоваться для зажигания разряда. Сравнительно узкие каналы в электроде с диаметром канала меньше двух-трех десятых долей от междуэлектродного рассто­ яния, вообще не изменяют -напряжение зажигания. В глу­ бине узкого канала в этом случае разряд не возникает.

Электрическое поле в разрядном промежутке анодно-

16

сеточной камеры можно представить как поле между плоскими параллельными электродами, в одном из кото­ рых сделаны каналы диаметром, равным диаметру се­ точных отверстий, и глубиной, равной расстоянию от по­ верхности сетки, ближайшей к аноду, до экранирующего диска сетки (рис. II.3). В мощных тиратронах сетка име­ ет обычно не один, а два или три параллельных диска. В результате, наибольшее расстояние между анодом и экраном сетки может достигать 1,5—2 см (рис. 11.3,6). Углубления в виде каналов в отрицательно заряженном электроде, каким обычно является сетка, снижают по­ тенциал зажигания разряда меньше, чем углубления та­ кого рода в положительно заряженном электроде [20]. Тем не менее, при диаметре отверстий сетки одного по­ рядка с расстоянием между анодом и сеткой электриче­ ская прочность камеры может заметно понижаться.

Исходя из требования высоковольтное™ камеры не­ обходимо уменьшать сечение сеточных отверстий. При этом, однако, как будет показано в других разделах, может несколько снизиться стабильность отпирания ти­ ратрона, а также заметно возрастут потери мощности на электродах тиратрона. Компромиссное решение находят экспериментально, путем подбора размеров, -формы и расположения сеточных отверстий и расстояний между отдельными дисками сетки.

Выбор расстояния между электродами. Расстояние между анодом и сеткой при конструировании тиратрона выбирают, с учетом кривой Пашена для водорода и рабочего давления газа, таким, чтобы исключить само­ произвольное зажигание разряда до подачи на сетку поджигающего импульса. Напряжение зажигания для анодно-сеточной камеры должно быть значительно выше рабочего анодного напряжения тиратрона, чтобы обеспе­ чить достаточный конструктивный запас. На первый взгляд, из кривой Пашена (рис. II.2), следует, что рас­ стояние между электродами надо делать как можно меньше, так как напряжение зажигания самостоятель­ ного разряда с уменьшением расстояния резко воз­ растает. Однако сближение электродов ограничивается появлением вакуумного пробоя, возникающего под дей­ ствием электрического поля у отрицательно заряжен-, кого электрода.2

6

2 Заказ № 357

11.2.ОГРАНИЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТИРАТРОНА ВСЛЕДСТВИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВАКУУМНОГО ПРОБОЯ

При анодных напряжениях 25—50 кВ и расстоянии между анодом и сеткой водородного тиратрона 2—4 мм средняя напряженность поля £ в анодной камере, рав­ ная UJd, достигает (0,5—2 )-107 В/м. При номинальных анодных напряжениях тиратрона и некондициоиированных поверхностях его электродов такое поле может вы­ звать настолько большие автоэлектронные токи, что они в свою очередь инициируют дуговой разряд, имеющий катодное пятно на отрицательно заряженном электроде. Появление катодного пятна особенно вероятно в тех ме­ стах анодно-сеточной камеры, где градиент потенциала имеет наибольшее значение, например на краях сеточ­ ных отверстии, у мест спая электродов с изолятором и т. д. Здесь градиенты могут увеличиваться до значе­ ний 5 • 107— 1 • 10s В/м.

Зависимость электрической прочности промежутка от давления газа, характерная для водородного тиратро­ на (и для других ионных приборов), приведена на рис. II.4. Пологий участок 1 соответствует условиям, ког­ да электрическая прочность имеет пределом наступле­ ние вакуумного пробоя. Точнее говоря, участок 1 пред­ ставляет собой не линию, а некоторую область, нижний край которой показывает возникновение предпробойных токов. С повышением напряжения, а вместе с ним и си­ лы поля на отрицательно заряженном электроде, растет вероятность наступления пробоя. У верхнего края обла­ сти 1, не показанного на рисунке, вероятность пробоя достигает 100%. Падающий участок кривой 2 при боль­ ших давлениях газа представляет собой левую ветвь кривой Пашена. Именно явления, соответствующие уча­ стку 1, ограничивают напряжение, которое можно пода­ вать на анод тиратрона при рабочих давлениях водо­ рода, порядка нескольких десятков Н/м2 (десятых до­ лей мм рт. ст.). Зажигание же разряда (участок 2) показывает, что давление газа недопустимо велико и должно быть понижено. Следует -подчеркнуть, что ве­ роятностный характер наступления пробоя на участке 1 и постоянное значение напряжения зажигания самостоя­ тельного разряда, соответствующего данному p0d на участке 2, коренным образом отличают эти области одну от другой.

18

Ua.xB

Рис. 11,4. Зависимость электрической прочности анодной камеры импульсного тиратрона от давления:

а —тиратрон ТГИ1-700/25; б - секционированный тиратрон ТГИ1-2500/50.

! —область вакуумного пробоя, 2 —кривая Пашена для данного междуэлекродного расстояния.

Обобщенные сведения и систематизация большого эксперименталь­ ного материала представлены в ряде обзорных статей и монографий [21, 22]. Явления, приводящие к возникновению вакуумного пробоя, слабо зависят от состава и давления газа. Вследствие этого такой вид нарушения электрической прочности может иметь место и в высоковольтных ионных приборах, работающих при давлениях

никновением которых напряжение на промежутке почти ие изме­ няется. Такие предпробоймые токи вызываются в первую очередь автоэлектронмой эмиссией, которая экспоненциально растет с увели­ чением напряженности электрического поля на отрицательном электроде E,s. Мпкронеровности на поверхности плоских электродов усиливают поле иа один-два порядка по сравнению со средним зна­ чением напряженности,поля и поэтому появление непрерывного то­ ка предпробойной стадии возможно уже при значении Ек, равном 10s—10s В/м. Резко повышают эмиссию различные загрязнения на

глубоким спадом напряжения на промежутке (до нескольких десят­ ков вольт) и большим током, ограничиваемым только параметрами внешней цепи. На поверхности катода появляется яркое катодное пятно.

Как и в случае высокого вакуума, в высоковольтных ионных приборах с повышением напряжения на промежутке сначала возни­ кают небольшие предпробойные токи аз отдельных эмиссионных центров, затем с увеличением напряженности поля повышается ток каждого центра, растет их число и, наконец, иа одном из центров разряд переходит в пробой. Изменение давления наполняющего газа вызывает различный эффект при больших и малых расстояниях между электродами. При значительном расстоянии, около 10 мм, постоянный предразрядный ток увеличивается с повышением давле­ ния, что объясняется [23] ростом числа актов ионизации газа в объеме, вызывающим усиление тока. При малых же расстояниях, порядка 0,4 мм, повышение давления наполняющего газа, как видно из рис. II. 5, ведет к снижению предразрядного тока и к затрудне­

ние

4С

30

20

10

нию перехода к дуге. Этот эффект связывают с повышением работы выхода за счет очистки отрицательной поверхности ионной бомбар­ дировкой и разрушением при этом микровыступов.

Покровская-Соболева и Клярфельд исследовали предпробойные явления в высоковольтных промежутках при наполнении их Н2, Не, Ne, Аг [23]. В присутствии водорода непрерывные предпробойные токи возникают, как ранее было сказано, уже при среднем значении напряженности поля на плоском катоде около 106 В/м, при этом крутизна положительной вольтамперной характеристики невелика (рис. 11.5,6). Если же катод снабжен острием, то напряжение на промежутке возрастает более круто при токах, соответствующих переходу в дугу (рис. II.5, а). Пробои возникают при амплитудных значениях предпробойного тока порядка 10“3—10~2 А. В зависимо­

го