WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Из данной кривой следует, что для повышения электрической прочности вакуумной изоляции целесообразно использовать импульсы напряжения длительностью tp < 10-7 s, причем по мере уменьшения длительности эффективность процесса кондиционирования возрастает.

Коэффициент усиления поля, представляющий отношение напряженностей на вершине и у основания микровыступа, определяется только его геометрическими параметрами и не зависит от материала электродов.

Отсюда следует, что выражения (10) и (11), полученные для медных электродов, должны быть справедливы и для других материалов. С целью проверки этого предположения выполнены расчеты для электродов из алюминия, Рис. 5. Коэффициент усиления поля после кондиционирохрома, железа, никеля, молибдена и вольфрама. При вания импульсами tp = td как функция макронапряженности построении экспериментальных зависимостей использоэлектрического поля, инициирующего пробой: —Al [13–16], ваны результаты работ [5,6,13–17,19,20].

• —Cr [19], —Fe [6,18], —Ni [17], —Cu [13–17], —Mo [15,16], —W[6,17].

Значения коэффициента усиления поля, определенные из экспериментов по времени запаздывания вакуумного пробоя для электродов из алюминия, хрома, железа, никеля, меди, молибдена и вольфрама, соответствующие оптимальному режиму кондиционирования высокольтными импульсами tp td, приведены в виде одного графика на рис. 5.

Экспериментальные результаты, полученные на электродах из различных материалов, удовлетворяют единой зависимости = f (E0). Из данной зависимости следует, что величина коэффициента усиления поля, характеризующего состояние поверхности катода, обработанной высоковольтными импульсами длительностью tp = td, не зависит от материала электродов и определяется лишь макронапряженностью E0 электрического поля, инициирующего пробой.

При выполнении критерия оптимальности (7) рост макронапряженности E0 приводит к уменьшению коэффициента усиления, что соответствует улучшению качества обработки поверхности катода. Кондиционирование электродов при E0 = Ecr и длительности tp = td обладает эффектом полировки катодной поверхности.

Из выражений для времени запаздывания на косоугольной волне напряжения (5) и прямоугольном импульсе с конечным фронтом (6) с учетом соотношения (8) получаем аналитические выражения для оценки коэффициента усиления поля из экспериментов по времени запаздывания пробоя соответственно с испольРис. 4. Зависимости коэффициента усиления поля от пазованием косоугольной волны напряжения раметров кондиционирующего воздействия при tp td. a — = f (E0); b — = f (tp). Экспериментальные результаты:

td - = 1.32 · 10103/2E0 (12) — [13], — [14], — [15], — [16], • — [17].

tdЖурнал технической физики, 2003, том 73, вып. 118 А.А. Емельянов и прямоугольного импульса с конечным фронтом td - td- = 1.32 · 10103/2E0 1 +. (13) t f Из соотношений (12), (13) следует, что коэффициент усиления поля может быть определен из сопоставления при E0 = const времен запаздывания пробоя на импульсах напряжения разной формы. Экспериментальная проверка на медных электродах показала, что при E0 = 4.2 · 107 V/m время запаздывания на прямоугольном импульсе составило td = 28 ns и td2 = 0.5ns на косоугольной волне. Значение коэффициента, определенное с помощью соотношения (12), оказалось равным 162, что соответствует кондиционированию электродов импульсами tp = td при E0 = 4.2 · 107 V/m и Рис. 6. Расчетные зависимости времени запаздывания от удовлетворяет зависимости = f (E0), приведенной на напряженности электрического поля, инициирующего пробой, рис. 5.

для алюминия. 1 — td = f (E0); 2 — td = f (Ecr). Эксперимен2. Работа выхода. Реализация оптимальных режитальные результаты: — [13], — [15], — [16].

мов кондиционирования сопровождается формированием поверхности катода с известным значением коэффициента усиления поля, что может быть использовано косоугольная волна для оценки работы выхода катода. Решая (12) и (13) относительно, получаем соотношения 3/1/15 td2 = 10.3 td, (17) 0. = 0.21E0 (td2/td)2/3, (14) E 2/1/ = 0.21E0 t /(td - td1 + t ), (15) f f прямоугольный импульс с конечным фронтом позволяющие при E0 = const оценивать работу выхода 0.td1 = td + t (1 - 0.097-3/2E0 ). (18) f катода из экспериментов по времени запаздывания пробоя на импульсах напряжения разной формы.

Выражения (16)–(18) позволяют по значениям фиЭкспериментальная проверка выполнена на косозических параметров материала катода рассчитывать угольном и прямоугольном импульсах для электродов из время запаздывания, соответствующее реализации оптиалюминия и меди. Для электродов из алюминия время мальных режимов кондиционирования высоковольтнызапаздывания пробоя для E0 = 1.9 · 107 V/m составило ми импульсами tp = td как функцию макронапряженнона косоугольной волне td2 = 1.3 · 10-5 s, тогда как на сти E0 электрического поля.

прямоугольном импульсе оно было на порядок меньше Зависимости времени запаздывания td = f (E0) от td2 = 7.4 · 10-7 s. По выражению (14) и результатам макро- и td = f (Ecr) от микронапряженности для алюизмерений времени запаздывания было оценено значеминия, рассчитанные по физическим постоянным, привение работы выхода катода из алюминия Al = 4.4eV.

денным в таблице, и соотношениям (4) и (16), представИзмерения для электродов из меди дали Cu = 4.7eV.

лены на рис. 6. Расчетные кривые удовлетворительно соПолученные оценки работы выхода удовлетворительно ответствуют экспериментальным результатам [13,15,16].

соответствуют значениям, приведенным в таблице.

С целью выяснения возможности применения джоулева механизма инициирования пробоя для оценки импульсной электрической прочности вакуумных промеЭлектрическая прочность жутков с напыленными электродами выполнены экспеКондиционирование импульсами tp = td формиру- рименты с ускоряющим промежутком микроканальная ет микрорельеф поверхности катода, характеризуемый пластина–катодолюминесцентный экран.

определенным значением коэффициента усиления по- С помощью аналитических выражений (4) и (16) ля (11), что позволяет представить время запазды- с учетом физических постоянных для хрома (см. тавания как функцию макронапряженности E0 электриче- блицу) рассчитаны и построены зависимости времени ского поля на импульсах разной формы: прямоугольный запаздывания пробоя td = f (E0) от макро- и td = f (Ecr) импульс с бесконечно коротким фронтом от микронапряженности электрического поля. Экспериментальные результаты по времени запаздывания ac td = 1.57 · 10-25 2 exp{-21.6-1/2} пробоя, полученные в системе напыленных электродов микроканальная пластина–катодолюминесцентный -0.exp{10.33/2E0 } экран, удовлетворительно соответствуют расчетной кри, (16) 0.вой td = f (E0) [20].

EЖурнал технической физики, 2003, том 73, вып. Запаздывание пробоя в вакууме Из экспериментальных результатов по времени запаз- [12] Месяц Г.А., Проскуровский Д.И., Янкелевич Е.Б. и др. // Д. АН СССС. 1976. Т. 227. № 6. С. 1335–1337.

дывания пробоя вакуумных промежутков как с цель[13] Кассиров Г.М. // ЖТФ. 1966. Т. 36. Вып. 10. С. 1883–1885.

нометаллическими, так и с напыленными электродами [14] Каляцкий И.И., Кассиров Г.М., Смирнов Г.В. и др. // ЖТФ.

следует, что коэффициент усиления напряженности 1975. Т. 45. Вып. 7. С. 1547–1550.

электрического поля, получаемый в результате реали[15] Месяц Г.А., Бугаев С.П., Проскуровский Д.И. и др. // РиЭ.

зации оптимальных режимов кондиционирования, не 1969. Т. 14. № 12. С. 2222–2230.

зависит от материала и характера электродов и опре[16] Вавилов С.П., Месяц Г.А. // Изв. вузов. Физика. 1970. № 8.

деляется величиной макронапряженности электричекого С. 90–94.

поля, инициирующего пробой (11).

[17] Juttner B., Rohrbeck W., Wolff H. // Proc. IX ICPIG.

Bucharest, 1969. P. 140.

[18] Емельянов А.А. // ПТЭ. 1997. № 5. С. 68–71.

Заключение [19] Chalmers I.D., Phukan B.D. // Vacuum. 1982. Vol. 32. N 3.

P. 145–150.

Экспериментальное исследование запаздывания про[20] Емельянов А.А. // ПТЭ. 1998. № 6. С. 90–91.

боя в вакууме дает информацию не только об импульсной электрической прочности вакуумной изоляции, но и об эмиссионных параметрах поверхности катода. Обработка электродов вакуумного промежутка высоковольтными импульсами, длительность которых равна времени запаздывания пробоя, соответствует реализации оптимального режима кондиционирования, обеспечивающего максимальное сглаживание поверхности катода и соответствующий ему максимум импульсной электрической прочности вакуумной изоляции. Регулируя мощность кондиционирующих импульсов в оптимальном режиме, можно получать поверхности катода с заданным значением коэффициента усиления поля и соответственно вакуумные промежутки с заданной импульсной электрической прочностью. Реализация оптимальных режимов кондиционирования, формируя поверхность катода, позволяет оценивать величины как коэффициента усиления поля на ее микронеоднородностях, так и работы выхода.

Список литературы [1] Емельянов А.А. Импульсное электрическое кондиционирование электродов в вакууме. Усть-Каменогорск: 1999.

184 с.

[2] Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Шубин А.Ф. // Изв. вузов.

Физика. 1970. № 4. С. 149–151.

[3] Емельянов А.А., Кассиров Г.М., Смирнов Г.В. // Изв. вузов.

Физика. 1976. № 4. С. 142–145.

[4] Емельянов А.А., Кассиров Г.М. // Изв. вузов. Физика. 1976.

№9. С. 105–110.

[5] Карцев Г.К., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. и др. // Докл.

АН СССР. 1970. Т. 192. № 2. С. 309–312.

[6] Олендзская Н.Ф., Сальман М.А. // ЖТФ. 1970. Т. 40.

Вып. 2. С. 333–337.

[7] Физический энциклопедический словарь / Под ред.

Б.А Введенского, Б.М. Вул. М., 1966. Т. 5. 576 с.

[8] Физический энциклопедический словарь / Под ред.

А.М. Прохорова. М., 1983. 928 с.

[9] Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Л., 1977. 352 с.

[10] Jutner B., Puchkarov V.F., Rohrbeck W. Nanosecond Field Emission. Production and Destruction of Field Emitting Micro-tips by Cathode Flares. Berlin, 1975. 80 p.

[11] Mesyats G.A., Proskourovsky D.I., Yankelevitch E.B. // Proc.

VII ISDEIV. Novosibirsk, 1976. P. 230–233.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.