Электрическая изоляция и разряд в вакууме

Электрический разряд в вакууме это разряд функционирующий в парах материалов электродов, изоляторов и других окружающих тел.помещенных в вакуум . Основным условием функционирования разряда является наличие областей генерации плазмы на поверхности электродов и изоляторов. В этих областях под воздействием протекающего тока материал поверхности испаряется и ионизуется.

В общем случае вакуумный разряд должен проходить три стадии -

1. Пробой вакуумного промежутка

2. Искровая стадия

3. Дуговая стадия

Пробой вакуумного промежутка это процесс образования на электродах областей генерации плазмы ( катодных и анодных пятен)

Искровая стадия разряда это процесс распространения плазмы в вакууме между электродами. В этой стадии разряд высоковольтный (десятки и сотни киловольт) и сильноточный. В этой стадии наблюдается резкий рост тока разряда, высокоамплитудные неустойчивости тока. Основная масса плазмы распространяется со скоростью 2 10⁶ см/сек, но также существует высокоскоростная компонента двигающаяся со скоростью 10⁷ -10⁸ см/сек. Зарядовый состав потока плазмы соответствует составу установившегося дугового разряда.

Для дуги характерны следующие особенности: Низкое напряжение горения разряда, сравнимое с первым потенциалом ионизации атомов материала катода (порядка нескольких десятков вольт); Большая плотность тока в области катодного пятна; Катодные пятна хаотически перемещаются по поверхности катода. При наложении тангенциального магнитного поля катодные пятна смещаются в направлении обратном лоренцевой силе. Высокие концентрации плазмы (свыше 10²⁰см^-3) и плотности тока (10⁸ -10⁹ А/см²) в прикатодной области; Наличие порогового тока, ниже которого дуга гаснет; Самопроизвольный обрыв тока дуги. В плазме дуги присутствуют многозарядные ионы материала катода. Ионный ток составляет 10% от общего тока дуги.

Проявления вакуумного разряда

Вакуумный разряд может выступать как паразитное явление , объект для исследования , явление используемое в хозяйственной деятельности.

Вакуумный разряд как паразитное явление.

Основную опасность представляет высоковольтный пробой электродов. Такой пробой может вывести из строя дорогостоящую электронику. Дуговой разряд может привести к механическому разрушению электродов и изоляторов.

Вакуумный разряд как полезное явление.

Различные типы вакуумных разрядов используются в качестве :

1/ Источников ионов. Дуговой разряд используется как источник многозарядных ионов металла, разряд по поверхности диэлектрика используется как источник многозарядных неметаллических ионов.

2. Источников плазмы для модификации поверхности изделий. Осаждение и имплантация.

3. Рабочего процесса в промышленных вакуумных переключателях тока.

4. Источников ускоренной плазмы для космических двигателей.

4. В качестве рабочего процесса в вакуумной переплаве металлов.