Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [ 100 ] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239

1000

500 400

но У

--

ne нг

Аг n2

Рис. 9.1. Зависимость катодного падения потенциала t/к от /к/р для аномального тлеющего разряда в разных газах с плоским железным катодом. Кружками показаны значения Uk.h

\ Ее

150*


Uk,B

Рнс. 9.2. Зависимость р/к от Uk для тлеющего разряда в различных газах с плоским железным катодом. Кружками показаны значения U.k

поверхностн катода. При дальнейшем увеличении силы тока разряд переходит в стадию аномального тлеющего разряда.

В режиме аномального тлеющего разряда повышение силы тока приводит к увеличению плотности тока на катоде, поскольку уже вся поверхность катода занята разрядом. Вместе с ростом тока растет катодное падение потенциала и уменьшается длина катодного темного пространства. Получающиеся из теории кривые качественно правильно отражают фактический ход зависимостей. На рис. 9.1 приведены экспериментальные значения Uk в зависимости от /к/р, а на рис. 9.2 pi,, в зависимости от U,, для тлеющего разряда в различных газах с плоским железным катодом.



Увеличение приведенной плотности тока /к/р против нормальной приводит к сравнительно слабому возрастанию Uk, особенно вначале (см. рис. 9.1). I С ростом Vk при переходе от нормального к аномальному разряду происходит сначала быстрое, а затем постепенно замедляющееся уменьшение ширины темного пространства. Значение U падает до 1/3-1/5 «нормальной» величины и при дальнейшем росте Uk остается практически неизменным.

Значения Ик.н, Jk.h и 1к.н- Величина нормального катодного падения потенциала Uk.« зависит от материала катода, рода наполняющего газа и практически не зависит от его давления. Uk.k тем меньше, чем легче освобождаются электроны из катода под действием ударов положительных ионов, метастабильных атомов и фотоэмиссии. Поэтому Uk.k имеет наиболее низкое значение для сложных катодов с малой работой выхода электронов при разряде в инертных газах с высокими потенциалами возбуждения, например для сложного цезиевого катода в неоне /к.„=ь;40 В. Наоборот, у катодов из чистых материалов, имеющих большую работу выхода, при разряде в газах с малой энергией возбуждения Uk.k имеет наиболее высокое значение, достигающее нескольких сот вольт. Значение Uk.k весьма сильно зависит от чистоты газа и поверхности катода. Часто результаты одних и тех же измерений дают большие расхождения, связанные с выделением газов из катода или стенок прибора или взаимодействием между материалом катода и газом. Поэтому приводимые значения следует рассматривать как ориентировочные.

Нормальная плотность тока зависит в основном от рода и давления газа и слабее - от материала катода. Зависимость от давления может быть представлена так:

/к.„=/о„(р/Ро)». (9.1)

где /он - приведенная нормальная плотность тока на катоде при давлении газа ро = 133 Па (1 мм рт. ст.) и температуре 20 °С; р-фактическое давление газа; b - показатель степени, значение которого зависит от формы электродов. Для плоских электродов 6=2.

Ниже даны значения /он для плоских катодов из Fe и Ni в разных газах. Значения не отличаются большой точностью по причинам, указанным выше; /о„ составляет 10- А/см для различных газов при ро= 133,3 Па.

Матеркал катода

Воздух

Железо, никель

Существенное влияние на /он оказывает нагревание газа у катода и связанное с этим уменьшение его плотности. У полых катодов /он значительно выше, чем у плоских.

Ширина нормального катодного темного пространства при увеличении Давления уменьшается приблизительно обратно пропорционально давлению. Чем легче происходит ионизация газа и чем меньше работа выхода электронов из катода, тем меньше h (см. рис. 9.2).



Катодное распыление и «жестчение» [9.1]. Катодное распыление вредно сказывается на работе электродов и Лампы, и поэтому необходимо принимать меры по его уменьшению. Частицы распыляющегося с поверхности катода вещества, осаждаясь на поверхности колбы, уменьшают ее прозрачность; кроме того, катодное распыление способствует поглощению газа, что приводит к постепенному снижению его давления - «жестчению». Этот процесс особенно заметен при малых давлениях поглощаемого газа и вызывает изменение Ub и f/к. В результате может прекратиться работа лампы из-за повышения U3 выше t/пнт или из-за недостатка газа для существования разряда. Особенно опасно катодное распыление для сложных катодов с пленкой активного вещества на поверхности. При разрушении этой пленки повышается U, а это в свою очередь ведет к росту катодного распыления.

Катодное распыление происходит за счет передачи катоду энергии положительных ионов главным образом в виде импульса и лишь частично связано с локальным перегревом поверхности катода. Количество вещества, распыляющегося с единицы поверхности катода в единицу времени gi, для практических целей может быть определено нз эмпирической формулы

gi=c/k(t/k-LKo), (9.2)

где и ко - минимальное катодное падение, ниже которого не наблюдается распыление.

Значение Uo зависит от рода наполняющего газа и свойств поверхностн катода. По экспериментальным данным для работы оксидных катодов в неоне £ко=%:27 В, в аргоне 25 В, в парах ртути 20-14 В.

Для снижения катодного распыления необходимо устранять все острые края и заусенны на катоде, так как около них образуются высокие напряженности электрического поля. Катодное распыление может быть существенно снижено путем применения полых катодов и активирования нх внутренней поверхности. В этом случае уменьшается t/к и распыляющиеся частицы в значительной мере вновь попадают на катод [9.2].

Анодные явления в разрядах низкого давления. Весь ток на анод переносится электронами, поскольку анод практически не эмиттирует ионов. Качественно анод ведет себя подобно зонду, погруженному в плазму. Хаотический ток электронов на зонд, находящийся при потенциале плазмы ([/а = 0), как известно из теории, равен [0.2]:

= = е/гЛ VkTj2m„ (9.3)

где 5а - действующая площадь анода.

Если ток разряда / больше хаотического тока электронов hx, то анод заряжается положительно относительно плазмы (ta>0), и это приводит К дополнительному притоку электронов. Наоборот, если ток разряда меньше lex., то у анода образуется отрицательный заряд, который тормозит поступление электронов из плазмы. Таким образом, знак и величина анодного падения поддерживают концентрацию заряженных частиц



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [ 100 ] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239