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

длительность его прохождения до момента отпирания тиратрона. Диаграмма удобна тем, что наряду с ампли­ тудой тока сетки фактором, определяющим отпирание, становится время.

Введение времени развития разряда в пусковую ха­ рактеристику импульсного тиратрона очень важно, так как для этого класса приборов время развития разряда в большей мере определяет управляемость тиратрона, чем ток, требуемый для отпирания. Однако, несмотря на наглядность, диаграммой, приведенной на рис. III.23, при исследовании импульсных тиратронов пользуются редко из-за сложности построения. Наиболее широко распространенной характеристикой, определяющей ус­ ловия отпирания импульсных тиратронов, является за­ висимость запаздывания анодного тока по отношению к напряжению сетки от напряжения анода /3 при опре­ деленных амплитуде, крутизне напряжения сетки и то­ ке сетки (или внутреннем сопротивлении генератора сеточных импульсов). На рис. 111.24 приведено семей­ ство характеристик t3~ f ( U a) при постоянных значени­ ях напряжения сетки и внутреннего сопротивления ге­ нератора импульсов. Параметром этого семейства слу­ жит сопротивление, включенное последовательно с сет­ кой, которое уменьшает крутизну фронта и амплитуду тока сетки.

Гл а в а IV. РАБОТА ОКСИДНОГО КАТОДА

ВИМПУЛЬСНОМ ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ

1V.1. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И СВОЙСТВА ОКСИДНОГО КАТОДА

Рассматривая механизм эмиссии, электрические, теп­ ловые и другие характеристики оксидного катода, его

ка или керн катода не играет существенной роли в ме­ ханизме эмиссии. Вторая область — запорный слой по­ является при наличии в керне восстанавливающих при­ садок, таких как кремний, титан, алюминий, магний и др.

56

Влиянием запорного слоя можно пренебречь, если со­ держание примесей в керне меньше 10~2%. Третьей областью катода является оксидный слой. В активиро­ ванном состоянии он представляет собой примесный по­ лупроводник, состоящий из смеси окислов бария, строн­ ция и кальция с примесью атомарного Ва, Sr, Са. Ча­ сто применяется двухкомпонентный оксидный слой, в

к

котором отсутствуют кальциевые компоненты. Четвер­ тая область, расположенная вблизи змиттирующей по­ верхности, обладает значительно большим сопротивле­ нием, чем остальная толща оксида '[45]. Эта область получила название «приповерхностного слоя».

При выводе формулы термоэмиссии оксидный катод рассматривается как совершенно однородный слой оки­ си бария, активированной металлическим барием. Если считать, что эмиссия электронов имеет характер испаре­ ния, тогда плотность тока термоэмиссии /т. эм. подчиня­ ется закону Ричардсона — Дэшмана

чей температуре ТК. Если фк выражена в эВ, а Тк в °К, тогда (IV. 1) принимает вид

экономичных эмиттеров. Однако оксидный катод имеет и существенные недостатки. К ним в первую очередь относятся спад эмиссии во времени, дополнительный на­ грев анодным током и искрение. Они ограничивают дли­ тельность импульса, амплитудное и среднее значение тока приборов, использующих оксидный катод.

57

Отличительные свойства оксидного катода: высокая эмиссионная способность, спад тока, дополнительный нагрев и искрение — сохраняются и в газовом разряде. Вместе с тем в разряде катод работает в более тяжелых условиях, чем в вакууме, так как подвергается бомбар­ дировке положительными ионами и влиянию среды, на­ полняющей прибор, а также благодаря особенностям конструкции катодной системы.

В газоразрядных приборах в отличие от вакуумных ламп катод, как правило, имеет развитую эмиттирующучо поверхность, заэкранированную от анодного поля системой тепловых экранов. Такая конструкция, имею­ щая преимущества с точки зрения габаритов и эко­ номичности катода, имеет и отрицательную сторону, поскольку способствует неравномерному распределению тока по катоду. Долговечность катода сокращается бла­ годаря быстрому изнашиванию участков, перегружен­ ных током. Равномерное распределение тока может быть достигнуто путем оптимального конструирования катодной системы [47, 48], но бомбардировка катода положительными ионами постоянно сопутствует его ра­ боте. Ионная составляющая тока катода ответственна также за появление положительного объемного заряда в области катодного падения потенциала. Взаимодей­ ствие объемных зарядов обоих знаков в этой области разряда оказывает непосредственное влияние на усло­ вия работы катода.

IV.2. ЯВЛЕНИЯ ВБЛИЗИ НАКАЛЕННОГО КАТОДА В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ

Основные теоретические положения о взаимодейст­ вии пространственных зарядов вблизи катода даны Ленгмюром [39]. Он показал, что плотность тока, от­ бираемого с катода, обладающего избыточной эмиссией, увеличивается в присутствии положительных ионов и становится больше плотности тока, вычисленной по фор­ муле закона «степени 3/2»:

Для количественной оценки влияния тока положитель­ ных ионов, попадающих на катод U, на величину тока

58

электронов, уходящих с катода на анод 1е, в [39] ре­ шается уравнение Пуассона для объемных зарядов обо­ их знаков, находящихся между двумя разноименно за­ ряженными бесконечными и параллельными пласти­ нами.

Если пренебречь начальными скоростями и потерей (вследствие рекомбинации) заряженных частиц, тогда уравнение Пуассона для произвольной точки имеет вид:

V a — потенциал анода относительно катода.

Поскольку электронный ток из катода ограничивается отрица­ тельным объемным зарядом, то

Интегрирование выражения (IV.7) при этом условии дает

Если положительные ноны эмиттируются анодом (Ф = 1), тогда, как показывает анализ выражения (IV.8), градиент потенциала на аноде пропорционален (1 — а)1/2 и становится мнимым при а > 1 . При а = 1 градиент потенциала на аноде равняется нулю. В этом случае плотность тока положительных ионов, попадающих на катод, ограничивается положительным пространственным зарядом и не может превышать величины, равной

Поэтому несмотря на избыточную эмиссию положительных ионов (при а = 1) отрицательный объемный заряд перед катодом не мо-

,9

случаях анодном напряжении).

В реальном разряде вблизи катода, обладающего из­ быточной эмиссией, существует минимум потенциала, в котором напряженность электрического поля равна ну­ лю. С другой стороны, катод, подобно отрицательному зонду, помещенному в ионизированный газ, покрывается слоем положительных ионов, на границе которого поле катода полностью компенсируется положительным объ­ емным зарядом. Поэтому на границе слоя с плазмой напряженность электрического поля вновь обращается в нуль. Таким образом, если в разряде существует ин­ тенсивная ионизация газа, а накаленный катод обла­ дает избыточной эмиссией, то тогда напряженность элек­

с плазмой. Такая область получила название «двойного слоя».

Если катодное падение потенциала достаточно вели­ ко, и можно пренебречь энергией заряженных частиц, входящих в двойной слой, по сравнению с энергией, на­ бираемой ими в слое, а давление газа столь мало, что внутри слоя не происходят неупругие соударения элек­ тронов с нейтральными частицами, тогда условия взаи­ модействия пространственных зарядов в «двойном слое» совпадают с условиями, постулировавшимися при выво­ де выражений (IV.9), (IV. 10). При этом роль анода, обладающего избыточной эмиссией положительных ионов, выполняет граница катодного слоя с плазмой.

Подставляя в (IV.10) вместо /0 его выражение из (IV.3), получим выражение для плотности электронного тока, который отбирается с катода, обладающего избы­ точной эмиссией, при наличии ионного тока, ограничи­ ваемого положительным объемным зарядом

60