 |
 |
 |
 |
реакция шла беспрепятственно, то весь оксид бария превратился бы в свободный барий и испарился в течение 1000 часов [0,10]. В литературе имеются и другие взгляды на роль прослойки BaWOe- Более подробно о физико-химических процессах в оксидных катодах см. в [9.3].
Механизм эмиссии катодов ЛЛ. Знание механизма эмиссии и умение ее измерять имеют первостепенное значение для выбора правильного режима работы катодов и их конструирования. Сложность заключается в том, что в условиях разряда не существует прямого метода измерения тока эмиссии. Все предложенные методы основаны в сущности на определении тем или иным способом момента нулевого поля у катода, когда ток разряда равен току эмиссии.
Применявщиеся ранее методы Дрювестейна, Фаунда и др. (краткое изложение см. в [0.9]) требовали изготовления специальных ламп с зондами и не давали достоверных и воспроизводимых результатов. Наиболее приемлемыми по своей чувствительности, удобству и воспроизводимости являются, с нашей точки зрения, так называемый радиошумовой и спектральный методы (см. [9.4]).
Радиошумовой метод, предложенный Д. Уэймаусом (см. [0.10]), основан на том, что при токе разряда, меньшем тока термоэмиссии, у катода накапливается отрицательный объемный заряд и образуется минимум потенциала (рис. 9.9,а, кривая /). Положительные ионы, попадающие в эту потенциальную яму, начинают совершать в ней колебания, создающие радиочастотные сигналы, которые воспринимаются снаружи лампы. При медленном увеличении тока в момент, когда ток разряда равен току термоэмиссии, поле у катода становится равным нулю (рис. 9.9,а, кривая 2), колебания ионов прекращаются. На рис. 9.9,6 показано резкое уменьшение напряжения катодных радиошумов [/шум в момент нулевого поля. Описание схемы установки и техники измерений см. в [9.4].
Хорошим индикатором появления ускоряющего поля у катода может служить также крутой рост интенсивности свечения спектральных линий аргона (например, 420,1 нм) и атомов ЩЗМ, например, бария h (рис. 9.9,6).
Большое количество экспериментов с катодами реальных ЛЛ показало, что при хорошей активировке ток термоэмиссии при нулевом поле составляет 0,25-0,4 тока разряда [9.4].
Специальные эксперименты показали, что в обычных ЛЛ при Uk=12- 14 В доля ионного тока на катод составляет от 0,06 до 0,11 [0.10]. Расчетные оценки дают величину от 0,03 до 0,07. Таким образом, получается, что ускоряющее электрическое поле у катода должно, по крайней мере, в 2,2- 3,5 раза увеличивать ток термоэмиссии, чтобы обеспечить ток разряда. Пользуясь уравнением термоэмиссии, легко подсчитать необходимое для этого снижение работы выхода Лф и далее по уравнению (9.6) требуемую для
МКВ " 10
30 - 1200
ЮЧ- О
1100
1000
63 160 ¥00 г ма о)
Рис. 9.9. К определению тока термоэмиссии катода:
а - схема распределения потенциала у катода в зависимости от соотношения тока разряда и термоэмиссии: / -/рзз</„: 2 - 1,=1,; 3 -/раз>/„; б-изменение различных характеристик в зависимости от тока разряда
этого величину поля: Лфк= (АГ/е) In (/, ,о)=(1300/11 600) In 2,70,112 В. Необходимая для этого величина £к=(Дф/с)2%(0,112/3,2-10-5)2==1,2Х Х10 В/м1,2-105 В/см. В то же время расчет по формуле (9.6) для ионов аргона дает
EKVh44-l04yul\ В/м.
Принимая наиболее высокие значения для /,-к и Uk (/=i;20-10* А/и"; f.=0,l; [/к=14 В), получаем £к==Г11.44-10(0,1-20-10)1Ч4>/%У13,9-10 В/м. Отсюда т]1,2-10/(3,9-10)%3. Нам представляется целесообразным более детальное изучение физической природы коэффициента г] и определения его значения.
Режим работы электродов на переменном токе имеет ряд особенностей, связанных с тем, что из-за тепловой инерции электродов на электродных и приэлектродных процессах сказывается действие предшествующей фазы. Поэтому для понимания механизма работы электродов в этих условиях необходимо знать мгновенные значения основных параметров в течение периода и их распределение по электроду. Это прежде всего относится к температуре, особенно в зоне КП.
Прямыми экспериментами установлено, что температура электродов ЛЛ в области КП меняется в течение периода на 50-70 °С и тем ниже по абсолютной величине, чем больше отношение /ео [9.14]. Соотношение температур в катодный и анодный полупериоды зависит от конструкции электродных узлов.
Благодаря тепловой инерции электродов нагрев в течение полупериода сохраняется к началу следующего и оказывается вполне достаточным для получения термоэмиссии, обеспечивающей отбор малого тока. Поэтому Uk в начале и конце катодного полупериода имеет очень малую величину (нет катодных пиков перезажигания), и отсутствуют условия для катодного распыления оксида [0.10].
Важное значение для получения достоверных результатов имеет экспериментальная методика измерений. В настоящее время наиболее надежным методом определения мгновенных значений локальной температуры электродов ЛЛ является мик-ропирометрирование в ближней ИК-области спектра, где отсутствует мешающее излучение разряда и значительно больше (чем в красцря части спектра) излучает сам электрод. В [9.15], например, измерено излучение зоны КП электрода ЛЛ по периоду при помощи германиевого фотодиода, снабженного тонким германиевым фильтром, который ограничивал чувствительность приемника областью спектра от 1,5 до 1,9 мкм.
Механизм расхода эмиссионного материала. Во время работы лампы на= катоде образуется КП, которое является основным источником термоэлектронов. Вследствие неэквипотенциально-сти катода пятно располагается ближе к тому концу спирали, к которому подведено напряжение. Экспериментально установлено, что в процессе работы лампы расходуется оксидное покрытие, причем главным образом со стороны сетевого конца, так что пятно по мере израсходования оксида постепенно перемещается по катоду, обнажая металлический керн [10.1]. Когда на одном из катодов израсходуется все оксидное покрытие и он потеряет термоэмиссию, лампа перестанет зажигаться или будет работать в режиме тлеющего разряда, который быстро приведет к распылению остатков оксида. Таким образом, продолжительность работы лампы определяется запасом оксида на электроде и скоростью его расхода. (Измерение скорости перемещения КП для ускоренной оценки срока службы ЛЛ см. гл. 12.)
Оценки и эксперименты показывают, что основным процессом, вызывающим расход эмиссионного материала на электродах ЛЛ в стационарном режиме дугового разряда, является тепловое испарение ВаО и Ва (скорости испарения других компонентов оксида значительно меньше).
Поскольку тепловое испарение электродов происходит не в вакууме, а в среде инертного газа (обычно в Аг при давлении 330-400 Па) и в дуговом разряде, по крайней мере, два процесса замедляют испарение. Это возврат части молекул испарившегося вещества обратно на электрод в результате соударений с атомами инертного газа и возврат части легкоионизуе-
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