Спосіб запалювання вакуумної дуги
До СВІДОЦТВОМ
Республік (11) 550943 (61) Додаткове до авт. свид-ву (22) Заявлено18.08.75 (21) 2166629/25 з приєднанням заявки № (23) Пріоритет
І. І. Аксьонов, В. А. Білоус, В. Г. Падалка та А. А. Романов (73) Заявник (54) СПОСІБ ЗАПАЛУВАННЯ ВАКУУМНОЇ ДУГИ
Винахід відноситься до способів запалювання вакуумної дуги в іонних приладах з твердим холодним катодом для комутапії великих імпульсних струмів, в електродугових випарниках металів, в ящиках металевої плазми.
Відомі способи запалювання вакуумфо дуги, засновані на збудженні ay-. ги шляхом пробою допоміжного іскрового проміжку, з діелектриком або розривом контакту між катодом і допоміж-. ним електродом 11). Відомі способи не забезпечують тієї надійності і довговічності, які вимагаються від підпалювальних пристроїв. Це пояснюється тим, що для реалізації відомих способів підпалювання пристрою необхідно розташовувати безпосередньо на робочій поверхні катода, де вони піддаються сильному руйнівному дії потужної імпульсної нлі стаціонарної дуги. Відомі безконтактні способи еа жигання дуги; еаключакнпнеся в тому, що на робочу поверхню катода направляють з інжектора струмінь досить щільної плазми (21.
Однак при такому способі необхідно орієнтувати інжектор таким чином, що epo BblxoA o6pBH1Bеться в бік робочої поверхні катода, що в свою очі ріпа, веде до того, що в умовах стаціонарного дугового розряду. ізолятори і вихідний отвір інжектора швидко заростають конденсується металом катода. В результаті робота інжектора і, отже, запалення дуги стають ненадійними.
Відомі способи запалювання вакуумної дуги, у яких збудженнякатодної плями виробляють подачею плазмового струменя на неробочу поверхню катода і запалюють стартову дугу між цією поверхнею і електродом підпалу з последукипим ієроводом розряду в робочий проміжок за рахунок прискорення плазми в стадії горіння стартової дуги $3), Цей спосіб знаходить застосування напругою на аноді та рідкометалевому
550О ким,. або легко катодом.
Що ж до пристроїв з катодами з твердих і тугоплавких металів в умовах, коли напруга на аноді в момент запалення невелика (порядку кількох десятків вольт, це -характерно для алектродугових випарників і стаціонарних джерел металевої плазми), то в цьому випадку запалити дугу даними способом практично неможливо.
Для стабільного збудження катодної плями в таких умовах анергія плазмових згустків повинна бути настільки велика (порядку кілойжоуля), що вже формування самих згустків перетворюється на самостійну досить складну проблему.
З метою підвищення надійності запалення вакуумної дуги за допомогою плазм6н ного струменя при використанні катодів з твердих тугоплавких.
Плазмовий струмінь направляють на неробочу поверхню катода, у якої попередньо створюють електричне поле з напруженістю, що перевищує напруженість поля у робочої поверхні.
На час зазначеного переміщення струм плями збільшують рівня, що перевищує робочий струм дуги.
,Ініціювання катодної плями плазмизгустком відбувається з тим більшою ймовірністю, чим вище напруженість електричного йоля в розрядному промі- 4„ жахливому. Те, що. напруженості, яка існує у випарниках при великих міжелеках рідних відстанях і низьких напряєннях джерела живлення (десятки вольт), виявляється педостатньо для стійкого запалювання плями пчазменним згустком звичайним способом. Місцеве посилення поля зміни умов в основному розрядному проміжку можна отримати, наприклад, за допомогою спеціального алект 5О роду, що знаходиться під потенціалом анода, але розташованого на набагато ближчій відстані, ніж анод (1-2 мм).
Розмішати атот електрод доцільно за межами робочої поверхні ка g тода, ато дозволяє орієнтувати плазмовий інжектор так, що на нього не потрапляє матеріал катода, що ародує. ,Організовані таким чином умови ф 3
4 забезпечують досить велику ймовірність збудження катодної плями при помірних енергіях плазмових згустків.
Однак для запалення розряду між катодом і анодом необхідно пляму перемістити на робочу поверхню катода за допомогою зовнішнього магнітного поля. (бажано в кілька разів) мінімальне значення струму стійкого горіння дуги, характерного для даного матеріалу катода, що можна зробити. наприклад, за допомогою конденсатора, що заряджається попередньо від джерела живлення.
При збільшенні струму через катодна пляма відбувається прискорення процеосу переміщення плями на робочу поверхню за рахунок його дроблення. Вторинні плями, що утворилися в результаті дроблення, відштовхуються одна від одної, при цьому частина з нихнеминуче потрапляє на робочу поверхню катода і служить початком для основного дугового розряду.
На катодах з,міді, титану і молібдену в дослідному пристрої, сконструюва-. ванном з урахуванням викладених принципів, дуга надійно запалюється при витратах анергії на формування плазмового згустку, що підпалює, рівних приблизно
30 Дж, в той час-як запалити дугу звичайним способом в тих же умовах не вдається game при анергіях згустку 12001500 Дж, при атом електричне поле, посилене за допомогою додаткового алектрода в області, що охоплює робочу поверхню катода за прикладом, становить м 400 В/см, струм через пляму в період е дрейфу від місця ініціювання до робочої поверхні дорівнює
8ОО-1500 А при напрузі на аноді
65 В та робочому струмі дуги 130 А.
Таким чином, пропонований спосіб дозволяє при порівняно невеликих енергетичних витратах на формування плазмового згустку запалювати дугу у вакуумі на твердих катодах, у тому числі і на катодах і е тугоплавких металів в умовах низької напруги живлення дуг. формула винаходу
Спосіб запалювання вакуумної дуги шляхом порушення катодної плями подачею плазмового струменя на неробочу поверхню катода і запалення стартової ауS5O9 ги між неробочою поверхнею катода і електродом підпалу, відключається тим, що, з метою підвищення надійності запалювання до рівня, що перевищує робочий струм дуги, і накладають зовнішнє магнітне поле для переміщення катодної плями на робочу поверхню катода.
1. Кесаєв І. Р. Катодні процеси електричної дуги, М., Наука ", 1968.
2. Бєляєв В. Б. та ін. Порушення катодної плями на ртутному електродіконцентрованою плазмою, "Електронна техніка, серія 3, вип. 2 (18), с. 45-51, 1970".
3. Лесневський Л. H. та ін. Вплив розташування джерел плазми на розподіл магнітних полів і струмів у каналі прискорювача, Матеріали 2-ї Всесоюзної конференції з плазмових прискорювачів. 4.1-42, 1974.
Упорядник B. Обухів
Редактор Є. Месропова Текред А. Алатирьов Коректор 4. Веселовська
Замовлення 4413/1 Гра 960 Передплатне
UHHHHH Державного комітету Ради Міністрів СРСР у справах винаходів та відкриттів
113035, Москва, Ж-35, Раушськаї наб., д. 4/5
Філія ППП Патент, м. Ужгород, вул. Проектна, 4