Импульсный пробой при острийном катоде. Автоэлектронная эмиссия играет решающую роль в возникновении пробоя между электродами в вакууме

Автоэлектронная эмиссия играет решающую роль в возникновении пробоя между электродами в вакууме. В связи с этим ниболее показательным является анализ электрического пробоя в вакууме, когда катод  классический острийный автоэлектронный эмиттер. Установлено, что переходу к пробою предшествует самопроизвольный рост эмиссионного тока в течение импульса напряжения. При постепенном увеличении амплитуды напряжения прямоугольные импульсы автоэлектронного тока деформировались в нарастающие. Это явление можно было воспроизводить многократно в одном опыте. Но стоило повысить напряжение еще примерно на 1%, как неминуемо происходил пробой, при этом ток возрастал более чем на два порядка (до 50-100 А) за время, которое было оценено как 5×10^-8 с. Для всех исследованных острий, имевших разные радиусы вершины и различную конусность, с большой точностью выполнялось одинаковое условие: пробой наступал при достижении плотности автоэмиссионного тока в пределах j_пр = (4-7)10⁷ А/см², что соответствовало напряженности электрического поля на вершине эмиттера Е = (6.5-7)10⁷ В/см. Следствием пробоя было оплавление вершины эмиттера, приводящее к увеличению его радиуса почти на два порядка.

Характерные вольт-амперные характеристики представлены на рис 2.1Анализ циллограмм позволил выделить четыре характерные фазы процесса (рис. 2.3, а). I  предпробойная (автоэмиссионная фаза)  достаточно хорошо исследована ранее в микросекундном диапазоне. II  фаза перехода  связана со взрывным разрушением эмиттера. В этой фазе ток резко возрастает в течение (15)×10^-8 с со скоростью di/dt = 5×10⁷10⁸ А/с. Вслед за этим нарастанием тока обнаружена фаза III, в которой скорость роста тока на порядок меньше: 5×10⁶-10⁷ А/с. Продолжительность этой стадии колеблется в пределах 2×10^-810^-7 с. Далее следует фаза IV с несколько большей, чем в фазе III, скоростью роста тока. В режиме с перенапряжением характер нарастания тока существенно изменяется (рис. 2.3, д). Видно, что такого четкого разделения по стадиям, как указано выше, сделать не удается. Можно полагать, что длительность стадий I и III резко сокращается, а фаза II непосредственно сливается с фазой IV.

Рис.2.1 Осциллограммы тока пробоя

Было установлено что время запаздывания разрушения автоэмиттера зависит от напряженности поля и , как следствие, плотности тока. Было установлено что произведение квадрата плотности тока на время запаздывания равно константе

j²t_з = Const₁ (2.1)

Из исследований взрыва проводников известно, что

, (2.2)

где величина называется удельным действием. Величина зависит от сорта металла и слабо зависит от плотности тока. Поэтому в определенном диапазоне плотностей тока эту величину можно считать неизменной, которая зависит только от сорта металла После того начинается искровая стадия, которая обусловлена взрывной эмиссией электронов.