вакуумный пробой

ВАКУУМНЫЙ ПРОБОЙ (пробой вакуума) - потеря вакуумным промежутком свойств электрич. изолятора при приложении к нему электрич. поля, напряжение к-рого превышает опредед. величину (напряжение вакуумного пробоя). При В. п. электропроводность резко возрастает и среда в промежутке становится проводящей.

Развитие В. п. начинается с появления т. н. темновых, или предпробойных, токов, к-рые вызываются в основном автоэлектронной эмиссией с микроострий поверхности катода. Эти токи возникают также с участков поверхности, имеющих наиб. низкую работу выхода. В том случае, когда металлич. электроды недостаточно хорошо очищены от поверхностных загрязнений, на стабильный темновой ток накладываются самогасящиеся маломощные импульсы тока, наз. микроразрядами. Возникновение микроразрядов связано с механизмом обмена положительными и отрицательными ионами между поверхностями анода и катода в вакууме.

В. п. происходит в результате формирования сильноточного искрового разряда в десорбирующемся с поверхностей электродов газе и частично в парах металлов электродов. Далее разряд может перейти в вакуумную дугу в парах металлов электродов.

В. п. представляет собой сложное явление, достаточно полного и точного объяснения его возникновения и развития ещё нет, но существуют гипотезы и теории. Напр., согласно электронно-лучевой теории, электроны, возникающие в вакууме за счёт автоэлектронной эмиссии с микроострий на катоде, ускоряются в электрич. поле промежутка, образуют "лучи" и бомбардируют анод. При этом происходит местное увеличение темп-ры анода, сопровождающееся выделением сорбированных газов и паров металла, к-рые ионизуются электронами. Ионы движутся к катоду, что приводит к образованию положительного пространственного заряда и усилению поля у катода, это в свою очередь увеличивает автоэлектронную эмиссию и т. д. Одновременно возникают сильная ионно-электронная эмиссия и катодное распыление. В итоге в промежутке за счёт быстрого увеличения концентрации десорбирующихся газов и паров металлов электродов возникает самостоятельный электрический разряд в форме вакуумной искры или дуги.

Существует также теория В. п. за счёт нагрева острия автоэмиттера протекающим по нему током. При плотности тока ок. 10⁸ А/см² эмиттер взрывается и вакуумная дуга возникает в парах металла катода. Поскольку образование микроскопич. острий на массивных катодах обнаруживается на опыте, то формирование В. п. из-за нагрева и взрыва этих острий весьма вероятно. Инициатором В. п. могут быть также отдельные быстрые микрочастицы.

Явление В. п. широко используется в приборах и установках. Высокая электрич. прочность вакуума и вакуумная дуга используются в вакуумных выключателях. Нач. стадия В. п. длительностью до 10^-7 с, в к-рой развиваются сильные токи электронов при высоком напряжении на промежутке, используется в мощных источниках рентг. излучения и сильноточных ускорителях. В многочисленных высоковольтных приборах и установках, где вакуумные промежутки применяются только для ускорения потоков электронов и ионов, очень важно, чтобы случайные В. п. не нарушали работу этих устройств, отсюда необходимо обеспечение их электрич. прочности. Увеличение электрич. прочности вакуумных промежутков достигается соответствующим выбором материалов электродов, их тщательной механич. обработкой (устранением неровностей и острий), а также очисткой поверхностей электродов, к-рая достигается нагревом в вакууме, обработкой потоками электронов или ионов инертных газов. Электрич. прочность вакуумного промежутка с необработанными электродами составляет ок. 10⁴ В/см, в то время как промежутки с электродами, прошедшими тщательную механическую, а также электронную и ионную обработки, показывают электрич. прочность, доходящую до 10⁶ В/см.

Лит.: Чистяков П. H., Татаринова H. В.. Малая послеразрядная эмиссия как индикатор состояния поверхностей электродов в опытах по пробою вакуума, "ЖТФ", 1965, т. 35, с. 1333; Сливков И. H., Электроизоляция и разряд в вакууме, M., 1972; его же, Процессы при высоком напряжении в вакууме, M., 1986; Бугаев С. П. и др., Взрывная эмиссия электронов, "УФН", 1975, т. 115, с. 101; Месяц Г. А., Лроскуровский Д. И., Импульсный электрический разряд в вакууме, Новоеиб., 1984. П. H. Чистяков

   <<      Предметный указатель      >>