Влияние процессов в порах поверхности электродов на вакуумную электроизоляцию тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

РГБ ОД

- 3 1(ЮН шз

На прайса рукописи

Тагаринова Нина Владимировна

ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОРАХ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОДОВ НА ВАКУУМНУЮ ЭЛЕКТРОНЗОЛЯЦИЮ

01.04.13 - электрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Автор: —

МОСКВА-1998 -

Работа выполнена в Московском государственном инженерно-физическом институте (техническом университете). - • ' Т -{*

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор физико-математических наук, ..

. профессор Семашко Николай Николаевич;

доктор физико-математических наук, профессор Лебедев Андрей Николаевич; - : ,

доктор физико-технических наук, Кленов Геннадий Иванович

Ведущая организация: Всероссийски.«: электротехнический институт

Защита состоится «22» июня 1998г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета' ССД053.01.06 в МИФИ по адресу: ' 1.15409, Москва, Каширское шоссе, д.31, '.•'.• - ..' ••;••■""/ ■ •;••.'•. .' • •

тел.: 324-84-98, 323-91-67 . /'у/-'" --V: Г-'':

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв о одно% экземпляре, заверенный печатью организации.

Автореферат разослан ■ 1998г.- * .

Ученый секретарь диссертационных советов МИФИ д ф.м.н. профессор ' Гавралов Н.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию влияния :остояния й структуры поверхности электродов .на характеристики вакуумной злектроизоляции. В ' результате исследований обнаружены новые процессы, протекающие в порах поверхности электродов, которые ответственны за нарушение вакуумной злеетройзоляцин при низких напряженностях внешнего электрического поля. Они представляют собой особый вид газового разряда в порах поверхности влектродов. Газовая среда создается как за счет потока газа из материала злектрода, так и при резонансной десорбции газа с поверхности пор. Изучены закономерности этого явления и предложена физическая модель процессов в порах, объясняющая различные. виды нарушения электрической прочности вакуумного промежутка/ в частности, при наличии диэлектрика. Получены высокие уровни электрической прочности вакуумного промежутка с помощью методов обработки и изготовления элеетродов, предложенных на основании этой модели.

Актуальность работы.. Вакуумная изоляция широка используется в промышленных приборах и установках для научных исследований. В.настоящее время к элеэтрической изоляции вакуума предъявляются - все' более жесткие требования, так как ее уровень влияет на характеристики и конструкцию высоковольтных приборов и установок, также на стабильность работы и долговечность. В первую очередь, это относится к малогабаритным источникам заряженных частиц и нейтронов, которые широко используются в радиационных и пучковых технологиях, а также к приборам для коммутации тока при высоких напряжениях. Для. решения проблем вакуумной злектроизоляции необходимо знать те физические процессы, которые определяют ее уровень и их • закономерности, а также методы, подавляющие развитие этих процессов.

Состояние вопроса. На протяжении более полувека интерес к вакуумной электроизоляции не ослабевает. Большое количество опубликованных рабш посвящено пробою вакуума (вакуумной дуге) и иредпробойной проводимости, так как для некоторых приборов и электрических установок появление в вакуумном промежутке токов очень низких значений уже является нарушением вакуумноГ электроизоляции. .

В настоящее время полученные результаты не позволяют дослали стабильных во времени нанряженностей внешнего поля, значптслик превышающих 107 В/м, без заметной предпробойиоП проводимости. Одни и тс ж< закономерности вакуумной элеетроизоляцип по-разному трактуются авторам! опубликованных работ, а некоторые нельзя объяснить существующим! представлениями. Имеются противоречивые результаты.

Сложившееся представление о вакуумной электроизоляцин, вероятии определяется не только сложностью и разнообразием процессов при с нарушении, но также отсутствием единых критериев оценки электрическо! прочности, и в первую очередь, при длительной работе электрофизически установок и приборов. Одни акторы оценивают электрическую прочность и определенному уровню иреднробойных токов, другие - по напряжению поавлени микроразрядов, третьи - по количеству микроразрядов за некоторый иптерпа времени и т.д. Основная часть опубликованных результатов опгасигся неконтролируемым поверхностям электродов. Как .правило, результат! сообщаются по измерениям после проведения кондиционирования электродо микропробоями в закууме, т.е. после изменения поверхности электродо! Наиболее неопределенными результатами являются те, которые использук" коэффициенты усиления внешнего электрического поля на предполагаемы микронеровностях поверхностей электродов, способ измерения которых весь.ч спорный.

' Цель работы. Целью диссертационной работы . является исследование вакуумной электроизоляции при контроле состояния поверхности электродов для создания. методик обработки и подготовки электродов, обеспечивающих повышение-электрической прочности вакуумной электроизоляции, и выяснение условий^ приводящих к ее снижению. К последним относятся неизвестные ранее процессы в порах поверхности электродов, а также поверхностные загрязнения.

: . Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем.

," I. Впервые показано, что. уровень электрической прочности вакуумной элеУлроизоляцнн- в значительной, степени : определяется наличием пор на поверхности электродов. -

- 2: Обнаруженыновые : процессы в порах поверхности отрицательного электрода, возникающие вследствие создания газовой среды в объеме поры при резонансной десорбции газа и формирования над порой катодной части самостоятельного газового разряда. Эмиссия заряженных частиц за счет этих процессов была названа пороэлектронной. / :

3. Исследованы зависимости величины пороэлектронной эмиссии от газонасыщенности пористой поверхности; от размеров и конфигурации пор.

4. Удаление пористого окисленного слоя с-помощью тлеющего разряда в инертном газе позволило достигнуть высокого уровня электрической прочности в вакуумном промежутке,сохраняющегося при длительных испытаниях. Дается новое объяснение загрязняющих факторов, снижающих электрическую прочность вакуумной электроизоляции.

5. Предложена новая гипотеза физических процессов в порах поверхности электродов вакуумного промежутка, согласно которой начальный ток заряженных частиц и газовая среда в поре создаются с появлением резонансной десорбции газа. При развитии ионизационных процессов в газе инициируется вакуумная дуга (пробой вакуума).

/ 6 .' - _ ; •■ ■••■' ■ .,

6. Впервые показано,что создание газовой среды в вакуумном промежутке не является обязательным для формирования вакуумной дуги, что существенно отличает предложенный механизм от известных до настоящего времени.

7. Полученные ранее данные по вакуумной электройзоляцин рассмотрены с точки зрения процессов в порах. Экспериментально и расчетами подтверждены на основе предложенной модели вольт-амперная характеристика вакуумного промежутка, "эффекты полного напряжения и тока", влияние анода й наличия диэлектрика в вакуумном промежутке на характеристики вакуумной электроизоляции. ' \ ' . V .. .•"..:.•.•.-•"'•••'.; \ •'',•'''"■.'•,'•'-' ■ . ■,

8. Впервые установлено влияние «фактора объема» на электрическую прочность вакуумного промежутка. Десорбированный газ вблизи анода ионизуется предпробойным током, При■ этом возникает поток заряженных частиц на катод, что способствует процессам : в порах, /г.е.Г снижению электрической прочности вакуумного промежутка. .•; • • •': ••.. • .'-'Г' ■■ ■ ' "'.:•'' .''."';

9. Экспериментально показана, что пороэлёктронйая эмиссия может служить индикатором состояния металлической поверхности • в " вакууме, а - также источником заряженных частиц. Разработан, холодный катод на основе пороэлектронной эмиссии,который. может работать при низких напряженностях поля и техническом вакууме. Наибольшее преимущество катод может имен, дли источников электронов с большой площадью. . V- -V Л-■••'.

Практическая ценность. Разработаны методы подготовки поверхности электродов; позволяющие получить' в статическом режиме высокие уровни электрической прочности вакуума (более 5-107 В/м), длительно выдерживаемые во времени без пробоев при низком уровне предпробойных токов вследствие подавления процессов в порах поверхности электродов! Результаты работы изменили представление о правильности технологии подготовки высоковольтных электродов. Наряду со сглаживанием поверхности следует принимать меры По

устранению микропор на поверхности, электродов, а также в местах контакта изолятора с элеетродами (в "тройной точке").

';. (Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научны^ семинарах МИФИ, ВЭИ, ИАЭ, . ВНИИОФИ, на Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Ленинград - 1978,' 1990; Ташкент -1997); на Всесоюзном'симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 1982), на Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям заряженных частиц (Харьков -1983, Протвино - 1995), на конференции по физике газового разряда (Рязань,

1996), на Международных конференциях по экзоэлектронной эмиссии и ее практическому применению (Россия - 1991, Польша - 1997), на Международных конференциях по взаимодействию ионов ¿ поверхностью (Звенигород - 1993, 1995,

1997), на Международной, конференции по явлениям в ионизованных газах (Минск, 1981), на Международной конференции но электрическим контактам (Чикаго, 1994); на Международном симпозиуме по разрядам и электрической изоляции вакуума (Польша - 1972, Россия - 1976, США - 1982, Германия - 1954, Франция-1988, США -.1990, Германия - 1992, Россия - 1994, США - 1996).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 50 статьях (в научных журналах, в сборниках конференций и симпозиумов); в 15 отчетах по хоздоговорным темам, в 1 препринте, а также защищены 10 авторскими свидетельствами и 2 патентами.

Автор защищает

' - результаты исследования влияния пористости поверхности электродов на электрическую прочность вакуумной эдеетроизоляции, которые показали, что физические процессы в порах ответственны за нарушение всех видов вакуумной электроизоляции при низких напряженностях поля, т.е. за появление предпробойных токов, микроразрядов и вакуумной Луги. Развитие этих процессов

приводит к формированию катодной части самостоятельного газового разрядав вакуумном промежутке; ток этого разряда был назван пороэлектрониой эмиссией;

- результаты исследования нового явления - процессов в порах поверхности: исследованы В АХ токов в вакуумном промежутке от размеров пор, газонасыщенности поверхности электродов; гистерезис ВАХ; условия появления "эффекта полного напряжения и тока", эрозии поверхности и свечения в вакуумном промежутке; • - ■ '■ .. '.';•' .;••

- предложенные методы увеличения электрической прочности /подавлением процессов в порах поверхности электродов: 1) удаление окисленного пористого слоя Бсльби с помощью тлеющего разряда в полом катоде" в инертном газе; 2) изготовление электродов с определенными размерами пор; ч . ••-- . ' /

- результаты исследования снижения электрической.' прочности " при появлении пленки окисла на предварительно .'очищенных электродах, -пористой пленки напыления от оксидного термокатода, а также пленки масла при работе вакуумных насосов с масляными средствами откачки. ¡ V ,

- предложенную гипотезу, объясняющую физические процессы , в порах поверхности электродов, согласно которой начальный ток заряженных частиц и газовая среда в поре создаются резонансной десорбцией газа, а.пробой вакуумного промежутка является результатом ионизационных, процессов и объеме -поры и появления дугового разряда. :. / .' / .•.• ' • ','

- результаты исследования влияния диэлектрика в вакуумном промежутке, анода и "фактора объема" вакуумного промежутка на характеристики вакуумной электроизоляции; • : - . " ; .-.у ' • .•. •''•'V.;. • ч

- результаты разработки холодного катода на освове пороэлектрониой . эмиссии, для которого не требуется высокий вакуум,прост в изготовлении/гго

особенно важно для больших площадей, а также использование этой эмиссии для индикации состояния поверхности, электродов (микроструктуры и

• ■;■:•':■.■; 9 •

газонасыщенности поверхности электродов).

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из шести глав, основных результатов и списка литературы. В конце разделов приводятся основные выводы, а общие итоги исследования - в разделе "• заключение Л . Работа содержит 185 страниц текста, 14 таблиц, 167 рисунков и список литературы (200 наименований). Всего з диссертации 303 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В начале диссертации обоснована актуальность исследований по вакуумной электроизоляции с контролем, состояния поверхности электродов. Выполненные эксперименты позволили выяснить причину появления" обнаруженной автором аномалии характеристик предпробойных токов, не подтверждающую автоэлектроннон. природы этих токов, обычно рассматриваемую ко многих механизмах пробоя вакуума как начальная .фаза инициирования пробоя.

Экспериментальные приборы и методика контроля состоянии поверхности электродов. Экспериментальные приборы со стеклянной оболочкой на 200кВ имели электроды диаметром 015-2Омм из бескислородной меди и молибдена-вакуумной плавки. -Исследовались вакуумные промежутки от 0.1 до 2мм,. '■: ■ •'■'..■.

Впервые контроль состояния поверхности электродов проводился с помощью послеразрядной (экзоэлектронной) эмиссий электронов (ПЭЭ). Эта эмиссия возбуждается с холодной поверхности металлов импульсом тока газового разряда при наличии на'металлической "поверхности неметаллических пленок и включений. При появлении тонкой пленки окисла (~10"7 см) токи ПЭЭ отличаются от фоновых. Ввиду'очень малых'величин токи ПЭЭ измерялись методом

импульсного пробоя газа по среднему статистическому запаздыванию зажигания газового разряда. Этим методом контролировалась и фотрэле(оронная эмиссия, т.е. обнаруживались рримеси с низкой работой выхода. - - , ;. . >

Характеристики вакуумной . электроизоляцин с; электродами, очищенными до чнстометалличёского состояния. Типичные режимы обработки электродов включали прогрев всего, прибора под вакуумом-. до 200-500°С, высокотемпературный прогрев электродов и очистку обоих электродов тлеющим разрядом в чистом инертном газе в режиме полого катода. На рис. 1а показаны временные зависимости ПЭЭ после различных обработок и соответствующие им вольт-амперные характеристики (ВЛХ) вакуумного промежутка (рис. Iб).-

Наиболее высокие величины . элсктропрочности были получены : после очистки электродов до устранения ПЭЭ: Критерием электрической прочности вакуумного промежутка было напряжение первого микропробоя -и длительно выдерживаемое напряжение без: пробоев (при :этом : регистрировались предпробойные токи). Для металлов, сильно отличающихся по физическим и механическим свойствам (медь, молибден), . получены высокие . значения электрической прочности в статическом и импульсном режимах. Статические напряжения первых микропробоев превышали 10* В/м. На рис.2 показана В АХ, измеренная. после первых микропробоев (см. таблицу № I). При длительных испытаниях величины напряженности внешнего поля были не менее Е=8 107 В/м (вакуумный промежуток с1=0.5мм) и Е=5.5-107 В/м (с1=1мм) без пробоев вакуума и низком уровне предпробойных токов (см. таблицу №2). "■■■• ■ . - .

Опыты с контролируемой поверхностью электродов показали, что величина предпробойного тока зависит от плотности тока обрабатывающего газового разряда, а также от появления на электродах напыленной пористой пленки (рис.3). В этих условиях токи в вакуумном промежутке увеличиваются более чем на 8 порядков величины. Большие токи возникали после ^нескольких мнкропробоев.

V ; ;•/.'• :■■■■ 11

Снижение их до начального уровня было возможным после повторения обработки тлеющим разрядом или прогрева электродов до высокой Температуры.

Для чистометаллнческих электродов графики Фаулера - Нордгейма (Ф-Н) 1лЛ/Е2=/'({/Е) представляли собой прямые линии, угол наклона которых изменялся с .-удлинением йакуумного промежутка, однако, в некоторых случаях они совпадали (рис.4), что соответствовало отсутствию "эффекта полного тока". Если следовать утвердившимся представлениям; что предпробойные токи являются автоэлеетронными, то угол наклона.графиков Ф-Н будет определять коэффициент усиления р внешнего поля на предполагаемых неровностях (рис.4). Коэффициент Р зависит от длины вакуумного промежутка при наличии "эффекта полного тока". Однако, - эта зависимость должна прекращаться для вакуумных промежутков, соизмеримых с высотой микроострий (рис.4в). Последнее было основанием для пересмотра природы предпрйбонных токов. '

Влияние' загрязнении на поверхности электродов. Впервые были Получены результаты по влиянию определенного, загрязняющего фактора поверхности электродов . на характеристики .вакуумной электроизоляции. Проведение таких опытов стало возможным после получения чистой проконтролированиой поверхности электродов, обеспечивающей высокий уровень электрической прочности вакуумной элекгроизоляции. Загрязняющими факторами были пленка окисла, продукты работы оксидного термокатода и масло вакуумных насосов. Предварительно была отработана методика индикации появления загрязнений на чистометаллической поверхности с помощью ПЭЭ, а затем }агрязнение наносилось на электроды из источника загрязнений, вмонтированного в экспериментальный прибор: Пленка, окисла снижает вакуумную злектроизоллцига примерно на 40%, однако, уровень Напряженности остается довольно высоким - (4*5)-107В/м для ¿=1мм. Полученные результаты показывают,

Рис.1 . Послеразрядиая эмиссия электронов (а) и предпробой.ные токи через

вакуумный промежуток (б): 1 -.после'прогрева электродов б вакууме при температуре 250°С в течение 3 часов; 2 - после обработки тлеющим разрядом в течение 28 часов; 3 - после продолжения обработки тлеющт разрядом в течение 40 часов. •» "-'■'•' ,

Длина вакуумного промежутка - с! - 1 мм.

Рис.2 Статическая ВАХ вакуумного промежутка ё=0,5 мм с

чистометадлическими молибденовыми электродами * - микропробой (см.таблицу №1).

-2 1.А ■"'

то-6

2

Рис.3 ВАХ для вакуумного промежутка ё.= 1 мм после очистки Мо электродов (1) и после появления напыления на катоде (с противоположного электрода с помощью тлеющего разряда в Аг; давление р = 5-6 мм рт.ст.).

Таблица I

Помер пробоя; обозначения на рис.2 Напряжение пробоя (кВ) Напряженность при пробое, (В/м) Токи перед пробоем, (А) Время подъема напряжения до пробоя, (час)

1 (V) 51 1,2-SO8 4-10*' 1

2 (х) 53 1,06-108 2,5-10"° 2

3 (о) 63,5 1,27-108 10 ' 4,5

4(.) 66 1,32-108 2,5-10"3 0,5

Таблица 2

Длина 1 ¡аиболее Наибольшее Наибольшее Длительные испытания при постоянном Максималь-

вакуумного вероя гное значение значение напряжении ная напря-

промежутка напряжение напряжения напряжения Напряжение Время Величина женность

(мм) первого до первого до (кВ) испытания предпро- поля в

микропро- микропро- микропро- (час) бойного статическом

боя (кВ) боя (кВ) боя Ii тока (А) режиме

импульсном (В/М)

режиме (кВ)

0,5 50-55 65 - 43 5 К)"7 8 1,3-10

1,0 70-90 110 140 55 50 ю-8 1,1-ю8

70 7 Ю"8

в,-ю7 <а/м)

15

2 .

240

160-

0

0,4 0,8 с1, мм

%1/В2

Рис.4 Л) - «эффект» полного тока при

токах через вакуумный промежуток ' 10"5 А(а),Ю'6 А(б) и 10'7 А(в) для чистометаллических молибденовых электродов после обработки тлеющим разрядом -1, после одного микропробоя вакуума П и после .. серии мнкропробоев Ш. Б) - коэффициент усиления внешнего макрополя на ■ предполагаемых микронеровностях У ддя состояний I, П, Ш.

• В) - графики Фаулера-Нордгейма

• дпя состояния 1 н Ш. 1*5 соответствуют вакуумным

• промежуткам с1=0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и В) 1мм.

(Е]~ В/м (• I ] - А..

V Е, 10"

а

что контролируемую очистку электродов с помощью тлеющего разряда можно использовать как предварительную перед монтажом электродов в приборы или установку. Наиболее существенно снижает вакуумную электроизоляцию масло вакуумных насосов. Это наглядно видно пз графиков рис.5 при импульсном напряжении пробоя вакуума (амплитуда импульса снижалась на 10% в течение 26мкс). Увеличение напряжения микропробоев для чиетометаллических электродов, по мнению автора, было связано с десорбцией газа с поверхности, т.к. после многочисленных микропробоев ПЭЭ не появлялась. Такой же вывод можно сделать и для загрязнений при работе оксидного термокатода: кондиционирование приводило к увеличению напряжения пробоя до уровня, соответствующего чистометаллическому состоянию поверхности. Для электродов, загрязненных маслом, напряжение пробоя в конце кондиционирования снижалось более, чем в 2 раза. Величины времени запаздывания возникновения микропробоев составляли О.ЫОмкс. ' .

На основании проведенных экспериментов делается вывод, что удаление разрушенного поверхностного окисленного слоя с помощью тлеющего разряда в инертном газе и высокотемпературный прогрев электродов обеспечиваю! напряженность макрополя на вакуумном промежутке в статическом режиме до (5+7)107 В/м, которая сохраняется без пробоев при низком уровне предпробойных токов в течение десятков часов, а пробои вакуумного промежутка возникает при напряженности поля более 108В/м.

В диссертации анализируются причины появления аномалий на графиках : Ф-Н .Рассматриваются' опубликованные работы с различными изменениями графиков Ф-Н. Авторы этих работ объясняют отклонение от линейности изменением параметров автоэлектронной эмиссии.

Сформулирована гипотеза процессов в порах поверхности электродов, опровергающая представление об автоэлектронной природе предпробойных токов

послеразрядной эмиссии электронов (б);

1 - чистометаплические молибденовые электроды; 2, 2' - загрязнение чистометаллических электродов продуктами работы оксидного катода; 3 - маслом вакуумных насосов.Количество загрязнений для 2,2' и 3 -I О"4 г/см2

ед. 1/У2

Рис.б Графики Ф-Н предпробойных токов,

измеренных после напыления на

чистометаллическне молибденовые

электроды продуктов работы

оксидного термокатода (а), После

импульсных испытаний (б) и

длительного перерыва (недели) - (б),

в течение которого вакуумные

условия ухудшились а) . ,п-2 л

(р>10 мм рт.ст.).

1,2,3,4 соответствуют вакуумным

промежуткам 1,2,3,4 мм!

П)- А [V] - В

УУ, 1СГ4 '

при низких наиряженносгях электрического поля. Основанием для таких предположений было следующее:

-токи в вакуумном промежутке регистрируются при очень низких напряженностях внешнего поля - 105В/м, которое недостаточны для появления токов автоэлектрониой эмиссии (даже с учетом усиления поля на предполагаемых остриях); иредпробойные токи довольно (лабильны при техническом вакууме (10'5мм рт.ст.);

- наличие семейства графиков Ф-Н при изменении длины вакуумного промежутка;

- коэффициент усиления поля р на предполагаемых мнкроострнях, полученный по наклону графиков Ф-Н, может зависеть от длины вакуумного промежутка размером более десятков микрон;

- значения площади предполагаемых острий, вычисленные по графикам Ф-Н, имеют маловероятные значения (меньше размера атома);

-в вакуумном■ промежутке наблюдается стационарное свечение над .поверхностью катода на расстоянии десятых долей миллиметра в виде пленки или точек, а иногда тонких столбиков, замыкающих вакуумный промежуток;

- появление аномалий графиков. Ф-Н (рис.6) при напылении на чистометаллическне электроды продуктов работы оксидного термокатода.

Специальными опытами было проверено, что аномалии графиков Ф-Н . возникают при наличии на поверхности электродов пористой пленки. Опыты проводились с контролем поверхности электродов. При отсутствии активных тазов на поверхности электродов графики Ф-Н оставались линейными. По мере генерирования газа аномалии становились ярко выраженными; после прогрева до 300°С они исчезали.

Учитывая наблюдаемые закономерности, было сделано предположение, что при провисании электрического поля в порах создаются условия для появления

газовой среды и эмиссии заряженных частиц. При провисании поля, достаточного для ионизации газа, в объеме поры зажигается самостоятельный газовый разряд, катодная часть которого формируется над поверхностью поры. Создание таких условий возможно при резонансной десорбции газа. При низких энергиях электронов (порядка нескольких электронов-вольт)," попадающих на металлическую поверхность с адсорбированными молекулами воды, кислорода, азота и т.д., происходит диссоциация молекул. Резонансная десорбция приводит к потоку нейтральных частиц и отрицательных ионов в вакуумный промежуток.

Поток электронов с низкой энергией возможен из объема металла к поверхности при появлении вблизи поверхности положительного потенциала, который может нарушить равновесие между объемной и поверхностной проводимостью металла. Учитывая поверхностные уровни Тамма, этот потенциал должен быть в пределах 0.1-НВ. Для зажигания самостоятельного газового разряда, кроме газовой среды и провисания в. объем ,порь! эквипотенциали, достаточной для ионизации газа, необходимо наличие свободных электронов Электроны могут появиться при разрушении отрицательных ионов на стенках поры. Более того, эта элезароны обладают низкой энергией, при которой возможна резонансная десорбция газа при бомбардировке поверхности поры, тем самым усиливая процессы резонансной десорбции газа.

В диссертации представлены результаты экспериментов по 'исследованию процессов в порах поверхности электродов при воздействии внешнего электрического поля. Эксперименты проводились при контроле исследуемой поверхности с помощью ПЭЭ. При постановке опытов учитывался предложенный автором механизм, объясняющий предпробойную проводимость вакуумного промежутка и пробой вакуума. На рис.7 показаны ВАХ предпробойных токов вакуумных промежутков с чистометаллическим молибденовым катодом большой пористости. Каждая ВАХ имеет начальный линейный участок, переходной и

чистометаллнческого катода через неделю после откачки Аг (а) и после насыщения пленки газом в течение суток (б) с1 = 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 и 2,9 мм (1*8).

1, мкА

16 !ь

12 I» \

.8 • • \

.4 .41 у / * \

0 У V2 13 ' гг

0 4 8 12 16

Рис.8 а - Начальные участки ВАХ вакуумного промежутка в 1 мм, измеренные через сутки; б - зависимость тока н этих участках при напряжени 2 кВ. Цифры соответствуют номеру ВАХ.

б) 1, сутки

исток, близкий к экспоненте. Токи начального участка стабильны даже при тлении (1^5)10"5мм рт.ст Предпробойные токи уменьшаются в зависимости от ¡личины и длительности отбираемого тока. Колебания тока соответствуют :реходному участку ВАХ. При дальнейшем увеличении наблюдаются броски >ка и далее наступает пробой вакуума. Графики Ф-Н, построенные по ВАХ рис.7, ¡линейны и близки по виду рис.бв.

Угол линейного участка ВАХ увеличивается при генерировании газа >ис.8а). Иногда регистрируются один или два последующих максимума, но с еньшей амплитудой. Зависимость тока от времени гетгерирования показана на ис.86. При появлении на пористой поверхности тонкой пленки окисла, ток инейного участка ВАХ уменьшается, в некоторых случаях возбуждается ослеэмиссия и самоподдерживающаяся эмиссия. При большой азонасыщенности пористой поверхности появляется гистерезис ВАХ Усиление нешнего поля на краях электродов уменьшает напряжение, при котором .ачальный участок ВАХ переходит в экспоненту. Наблюдается "эффект полного ока и напряжения".

Опыты с пористыми электродами, длительно находившимися на атмосфере, [оказали те же закономерности, что и при генерировании газа, а именно, при 'величении длительности откачки токи сначала увеличивались, достигали максимального значения и далее уменьшались. Однако, максимальное значение ока достигалось через разное время откачки: от часов до месяца. Это зависело от структуры пористой поверхности, размеров пор, толшины и газонасышенности »лектрода. Так, например, для электродов из пористой фольги со сквозными торами максимум тока появлялся через несколько часов откачки от атмосферного навления. Напряжение, приложенное к вакуумному промежутку во время откачки, ;пособствовало обезгаживанию электродов. Были получены результаты по злиянию размеров и конфигурации пор. Согласно предложенной гипотезе.

зажигание газового разряда в порах зависит от давления газа и степени провисан внешнего поля в объем поры, что экспериментально подтверждено ВАХ размерами пор, отличающимися почта на порядок (рис.9). В обоих случа электроды были изготовлены из порошковой меди. При длительном отборе то одновременно с обоих электродов происходила эрозия поверхности (на электрод появлялся материал противоположного электрода). При этом размеры больш пор сохранились и ВАХ практически осталась прежней (рис.9,10), однако, на д пор появились новообразования (рис.Па). Меньшие размеры пор увеличились порядок, что привело к соответствующему изменению ВАХ (рис.9,10,116). Опьг с графитовыми электродами еще раз подтвердили, что переход к экспоненте ВА в первую очередь, зависит от размеров, пор и они показали, что при эроз' графита точечные напыления на противоположном электроде соответству] расположению пор размером в сотни микрон. В некоторых случаях эроз пористых электродов с пониженной механической прочностью приводила замыканию вакуумного промежутка тонким проводящим столбиком.

Процессы в порах сопровождались свечением в вакуумном промежут; Так, после обработки электродов тлеющим разрядом в аргоне и кратковременн откачки светящийся тонкий столбик замыкал вакуумный промежуток; его це был близок к цвету свечения тлеющего разряда в аргоне. После пребыван электродов на атмосфере тонкие светящиеся столбики появлялись при ток; соответствующих экспоненциальному участку ВАХ. При длительной откач свечение ослабевало и вместо столбиков видны были светящиеся точки на като или светящаяся пленка на расстоянии десятых долей миллиметра от поверхнос катода. Опыты с продольным магнитным полем показали заметное увеличен тока с пористого катода.

На основе пороэлектронной эмиссии разработан холодный катод плотностью токов от одного до сотен мкА/см2 в постоянном режиме, котор!

I, мкА

V, кВ

с.9 ВАХ пористых катодов из меди с преимущественным размером пор 50x180 (1,2) и 5-5-10 мкм (1', 2'). 1,1' - вакуумный промежуток ¿=2 мм; 2,2' - <3=4 мм.

10 -

I, мкА

1

! 1 2 >

1 3 1 2

] с

- <

. м 1

«а* 1...

Рис.10 ВАХ пористых катодов из меди после длительной выдержки под напряжением и появления эрозии поверхности.

До выдержки - ВАХ рис.9.

'ф '.ф!

Участок эрозии медного катода - дно 1§§ П0РЫ- Наибольшее увеличение -

5й£хМ00.

Рис.11а) Фотография медного пористого катода после длительной выдержки под напряжением. Появилась эрозия поверхности. ( поры размером 50х 180 мкм. ]

поры размером 5-ПО мкм

Рис.116) Фотография медного пористого катода после длительной выдержки иод напряжением. С участка I отбирался ток значительно меньшей величины,чем с участка ¿.Увеличение - хЮО.

. 27

' имеет ряд преимуществ по сравнению с другими. К ним можно отнести низкие требования к вакууму, слабое воздействие аварийного напуска атмосферы, простую технологию изготовления, что важно для больших площадей катода (до 1000см2). Катоды испытывались от десятков до сотен часов. В импульсном режиме (^-ЮОмкс) плотность тока увеличивается на два порядка и более при уменьшении длительности импульса.

В работе показано, что пороэлсктронная эмиссия может быть использована для оценки состояния поверхности электродов:

- индикации напыленных металлических слоев как при специальном напылении, так и в случае появления напыления с термокатодов, после

. ' воздействия пробоев вакуума;

- измерения газонасыщенности геттеров и пористых металлических поверхностей;

- определения микропористости металлических поверхностей.

В диссертации рассматриваются с точки зрения возможности возбуждения процессов в порах поверхности электродов основные закономерности вакуумной элекгроизоляции и все виды ее нарушения (лредпробойные токи, микроразряды и вакуумная дуга). На электродах вакуумных приборов и электрических установок , поры могут быть в виде трещин, следов от резца при механической обработке, места контактов чужеродных включений, особенно диэлектрических, которые могут заряжаться токами,. соответствующими линейным участкам ВАХ. Пленки окисла также имеют поры, поры могут появиться после элеюгрополировки электродов или вследствие сильного газовыделения при нагреве электродов.

Прсдпробойиые токи. Представлен обзор опубликованных работ по предпробойным токам при низких напряжснноетях поля, недостаточных для автоэлектронной эмиссии. Показано, что предиробойные токи в вакуумном

промежутке с электродами, изготовленными по общепринятой технологии, являются токами пороэлекгроииой эмиссии: при длительной откачке (обезгаживании) ток сначала увеличивается на много порядков, затем начинает уменьшаться. Такая закономерность" проявляется за долгий период времени и объясняется не только обезгаживанием пор (трещин, канавок и т.д.), но и подключением пор различных размеров (сначала большего диаметра) *■ (рис. 12а) Скачок предпробойнсго тока на ВАХ при первом измерении после атмосферы, уменьшение гистерезиса ВАХ, влияние на величину тока длительной выдержки при низком вакууме - все это объясняется изменением .газонасыщенности поверхности электродов и, в частности, воздействием тока при его измерении (рис.126). Заметные токи линейного участка ВАХ появляются после длительного обезгаживания. Эти токи обусловлены ионами при резонансной десорбции, когда отсутствуют еще процессы ионизации. Такое предположение подтверждается опытами с магнитным полем, отклоняющим из вакуумного промежутка элекгроны.Переходная область ВАХ соответствует началу ионизации газа, л экспонента - формированию самостоятельного разряда. Дуговой разряд в вакууме (пробой вакуума) представляется как переход самостоятельного разряда в поре и дуговой при достижении критической плотности тока в поре. Это соответствует экспоненциальному участку ВАХ.

Микроразряды, пробой вакуума, время запаздывании пробои. Микроразряды рассматриваются как незавершенный дуговой разряд. Известные закономерности микроразрядов подтверждают это положение: наличие при микроразрядах ионов Н*, и Нз+ ,Н", колебания тока при микроразрядах с частотой, зависящей от параметров внешней цепи, что присуще газовому разряду с полым катодом. Доказательством последнего являются результаты опытов, полученные для электродов из углеситала, поверхность которых имела трещины размером в несколько десятков микрон. Пороговое напряжение микроразрядов

I, мкА

Рис.12 а) - ВАХ электродов из меди МБ после механической и химической полировки: 1,2,3,4 соответствуют измерению токов в первый день откачки от атмосферного давления,через сутки .двое и через полторы недели;

б) - гистерезис ВАХ в первый день (I) и через полторы неделн откачки. Вакуумный промежуток ¿=1 мм.

vt> Vffl, kB

Рис. 13 Зависимость напряжения появления микроразрядов и падения на вакуумном промежутке Уг в зависимости от длительности откачки от атмосферного давления (1) и (2) при повторном впуске атмосферы на один час.Электроды из углеситала.

Рнс. 14 Зависимость напряжения пробоя вакуума от длины вакуумного

промежутка для цельнометаллического анода из меди и катода - МКП (1);(2) - при обратной полярности электродов. 3,4 - разная полярность при замещении МКП медной пластиной. Vnp определялось из трех измерений.

уменьшалось при длительном обезгаживанни; после впуска атмосферы характер зависимости повторялся (рис.13) при меньшем напряжении. В момент прохожден!1Л микроразрядов, повторяющихся с некоторой частотой, напряжение на вакуумном промежутке снижалось до З-нЗ.5кВ. При замене сопротивления 4.2-105 Ом во внешней'цепи на 105 Ом микроразряды переходили в вакуумную дугу (напряжение падало до -ЗОВ). При переключении на прежнее сопротивление опять появились микроразряды с той же частотой. Картина каждый раз повторялась при изменении балластного сопротивления. Этот опыт наглядно подтверждает, что микроразряд - несостоявшаяся дуга.

Роль пористости электродов наглядно подтверждается опытами с микроканальными пластинами (МКП), широко используемыми в электровакуумных приборах(рис. 14).-Измерялось напряжение пробоя вакуумного промежутка, образованного микроканальной пластиной и медным электродом. Резкое снижение напряжения регистрировалось при обеих полярностях 'пористого электрода (МКП), однако в большей степени влияла пористость катода. В силу того, что при пррбоях, ограниченных по току, разряд формировался в микроканале, а электрическая цепь замыкалась по нижней проводящей пленке, поверхность, обращенная к другому электроду, сохраняла свою структуру. Это определяло хорошую воспроизводимость характеристик. Так как пробой вакуума соответствует экспоненциальному участку ВАХ, то было показано, что напряжение пробоя -можно прогнозировать по предпробойным токам. При одновременном осциллографировании тока п напряжения были определены времена запаздывания пробоя для МКП. Зависимость от напряжения пробоя имеет ■ экспоненциальный характер при обеих полярностях МКП, однако время запаздывания пробоя для катода-МКП значительно меньше. Увеличение газонасыщенности анода-МКП в большей степени уменьшает величину запаздывания, чем катода-МКП. •

.32 ■..-:

Влияние анода также рассматривается с точки зрения процессов в порах. Из опубликованных работ известно, что при попадании электронного луча в трещины и в места загрязнений в них появляется плазма, что способствует понижению изоляционных свойств вакуума. Это подтверждается вышеизложенными опытами с МКП. Механизм понижения можно объяснить влиянием потока положительных ионов с анода на процессы в порах катода. Этот поток уменьшается при давлении выше 5-Ю*5 мм рт.ст. вследствие рассеивания электронов на молекулах в объеме вакуумного промежутка, а следовательно, уменьшается вероятность возникновения плазмы з дефектах анода, что приводит к наблюдаемому уменьшению предпробойного тока и увеличению напряжения пробоя-вакуума.

Пересматривается объяснение ранее установленной закономерности: увеличение напряжения пробоя вакуума следует ряду материалов анода - С, Си, Ре, №, Мо, \У. Как показали опыты с предварительно очищенными электродами, одинаково высокие результаты были получены для таких разных материалов как медь и молибден. Предлагается другое объяснение ' вышеприведенной закономерности от материала анода. Ввиду того, что в ранее проведенных опытах • напряжение пробоя вакуума определялось после длительного кондиционирования микропробоями, на электродах осаждался напыленный пористый слой материала катода и анода, появлялись кратеры. Именно структура поверхности, определяемая . режимом кондиционирования, была ответственна за появление указанного выше ряда. Этим, вероятно, можно объяснить сочетания материала катода и анода, которые создавали повышенную прочность вакуумной электроизоляции, что следует из опубликованных работ.

. Получены новые результаты по влиянию объема вакуумного промежутка. Специальными опытами показано, что увеличение напряжения пробоя определяется уменьшением "фактора объема" вблизи анода. В этом случае

уменьшается поток ионов на катод при ионизации газа, десорбированного с анода при бомбардировке его электронами. Этому способствуют отверстия в аноде, через которые выделившийся газ откачивается из вакуумного промежутка. Не учитываемый ранее "фактор объема" позволяет конструировать приборы на более высокую электрическую прочность.

"Эффекты полного напряжения и тока" являются следствием различного провисания электрического поля в объем поры. Они отражают уменьшение напряженности поля прн пробое от длины вакуумного промежутка, а также снижение напряженности, при которой регистрируется постоянное значение тока, соответствующее экспоненциальному участку ВАХ. Расчеты электрических полей показали, что для размеров пор, соизмеримых с длиной вакуумного промежутка, одна и та же эквипотенциаль провисает в объем поры меньше для более коротких промежутков. Однако при значительном увеличении пор эта зависимость исчезает, так как давление газа в поре становится недостаточным для зажигания самостоятельного газового разряда. На рис.15 представлены зависимости провисания эквипотенциален, близких к потенциалу ионизации газа, которые выглядят подобно зависимости напряжения пробоя вакуума от длины вакуумного промежутка. Было показано, что провисание определяется глубиной, поры практически до размера ее диаметра. Расчеты были подтверждены опытами с порами разных размеров.

Экспериментально показано, что появление микроострин на пористой поверхности катода, которые увеличили напряженность внешнего поля более чем в 1О3 раз, т.е. до Е=109 В/м (за счет усиления на острие и уменьшения вакуумного промежутка на порядок), не повлияло на ВАХ (рис.16).

Диэлектрик в вакуумном помежутке. Рассмотрено влияние диэлектрика в вакуумном промежутке. Известно, что большую роль играет "тройная точка" -

место соединения изолятора с электродом в вакууме. При механическом И даже. паяном контакте изолятора с электродом этот контакт неидеальныи (см. рис. 17а). При внесении твердого изолятора в вакуумный промежуток основные характеристики вакуумной изоляции сохраняются, хотя при этом наблюдается снижение напряжения: наличие предпробойиых токов и гистерезис ВАХ; появление микроразрядов; наличие "эффекта полного напряжения и тока", влияние газонасыщенности изолятора (рис. 18,19); влияние давления в вакуумном промежутке в диапазоне Ю'МО"4 мм рт.ст.; влияние кондиционирования микропробоями вакуума; снижение электрической прочности при длительном отсутствии высокого напряжения на вакуумном промежутке; снижение напряжения пробоя при удлинении импульса напряжения и экспоненциальная зависимость времени запаздывания пробоя от величины приложенного напряжения; наличие свечения в вакуумном промежутке - все эти зависимости обсуждались выше с точки зрения процессов в порах электродов. Однако, наличие изолятора в вакуумном промежутке создает условия, присущие только такой системе: изолятор заряжается как на постоянном, так и импульсном напряжении; наблюдается зависимость напряжения пробоя от угла наклона изолятора относительно электрода и от формы изолятора. Подробно рассматривается влияние угла наклона изолятора: при его изменении лоток заряженных частиц при зажигании газового разряда в "тройной точке" катода по-разному попадает в пору - "тройную точку" анода; более того, этот угол определяет размер пор "тройной точки" катода и анода. Удаление потока заряженных частиц от места контакта анода с изолятором резко повышает напряжение пробоя вакуумного промежутка. Процессами в порах объясняется зарядка диэлектрика вблизи катода при очень низком напряжении токами, соответствующими линейному участку ВАХ. Подтверждением предлагаемого объяснения являются результаты опытов с плоскими электродами, соединенными кольцом из керамики 22ХС. После

с!, мы

>ис. 15 Провисание эквипотенциален 10в (х) и 20б (о) в относительных единицах в зависимости от длины вакуумного промежутка. Глубина поры -ЮОмкм, радиус поры - 50мкм (1) и 25мкм (2).

I, мА

Рис.16

а)

V, кВ

а - ВАХ пористого протяженного катода до (1) и после (2) появления острий на поверхности катода.

б - фото катода после появления острий.

Рис. 17 Место спая керамики 22ХС с верхним электродом до (а) и после (б) прогрева в вакууме до 385°С.

Рис.18 ВАХ вакуумного промежутка при наличии диэлектрика после прогрева

до 145°С (1), 225°С (2), 385°С (3), 440°С (4). а - для одной полярности верхнего электрода, б - при изменении полярности.

прогрева электродов в вакууме до 350-500°С увеличились предпробойные токи и появилось свечение по изолятору в виде тонкого столбика. Контрольные опыты показали, что при прогреве происходило не только обезгаживание электродов, но и появились поры большого размера в месте спая керамики и металла (рис.176). Картина повторялась для изолятора из фарфора. Принятые меры, препятствующие .'разрушению спая электрода с. изолятором при прогреве, предотвратили значительное снижение электрической прочности вакуума. Токи в вакуумном промежутке при длительной откачке изменялись таким же образом, как и для пористых электродов в отсутствие изолятора (рис.19).

Влияние процессов в порах иа различные явления в вакууме и газе. Рассматриваются условия, в которых процессы в порах могут играть существенную роль,: Закон Пашена нарушается не только в левой ветви (условия вакуума), но и в газовой. среде (правая ветвь) при появлении предпробойной .Проводимости, которая определяется пороэлектронной эмиссией. Сделаны оценки напряженности поля при наличии плазмы, например, в токамаках, которые могут быть достаточны для возникновения процессов в порах. Потоки заряженных и нейтральных частиц из пор не только могут изменить параметры плазмы, но и вызвать эрозию поверхности, например, дивертора. Определена скорость эрозии графита под воздействием процессов в порах.

' Подавление процессов: в порах - метод, повышения электрической прочности вакуумной элсктронзоляцпи. Представлен обзор опубликованных работ, в которых сообщается об увеличении электрической прочности вакуума. Удаление пористого слоя Бельби с обоих электродов с помощью тлеющего разряда в инертном газе наиболее эффективно повышает электрическую прочность вакуума. Рассматриваемые методы оцениваются с точки зрения подавления процессов, в порах. Предложен другой способ изготовления электродов с

.-" 38 ."; "/ .' . . .. регулярными сквозными порами. Без предварительной обработки электродов в. течение 40 часов не наблюдалось пробоев вакуума при Е=3107 В/м, что. значительно выше, чем для электродов, изготовленных па общепринятой технологии с использованием электрополировки,' -' ■ - ;; . ■ . I .';'.■;

В диссертации выполнены расчеты и даются объяснения наблюдаемых : закономерностей, подтверждающих предлагаемую физическую модель процессов в порах. Показано, что линейный участок ВАХ определяется увеличением . эмиттирующей площади поры при увеличении напряжения на вакуумном промежутке. Предполагается, что процесс резонансной десорбции начинается при появлении вблизи боковой поверхности критического потенциала- Уц. В эгом случае провисание Р потенциала Ув должно линейно зависеть от напряжения на вакуумном промежутке. Это предположение подтверждается расчетами и. из рис.20 видно,что линейная зависимость появляется при напряженности Е=5-105В/м для вакуумного промежутка <1=50мкм и Е=2.5-105 В/м для с!-100мш в связи с различным провисанием одной и той же эквипотенциалн (см.рис.15). Приводятся результаты опубликованных работ, в которых подтверждается, что линейный участок ВАХ обусловлен появлением отрицательных ионов. При удалении поперечным магнитным полем электронов из вакуумного промежутка ВАХ ионной составляющей была линейной. ' : . . " -

■ Заключение;-. . '; ■

Выявлены причины, ответственные за низкий уровень электрической прочности вакуумной электроизоляции и разработаны методы, позволяющие повысить уровень до более высоких значений. Получению, таких результатов способствовало использование послеразрядной эмиссии электронов для контроля поверхности при проведении экспериментов. К основным результатам работы следует отнести следующее: .......

' < ' • 1 .

> 1. Впервые показано, что наличие пор на поверхности электродов в значительной степени определяет уровень электрической прочности вакуумной электройзоляции. Экспериментально показано, что появление пор определенного размера может снизить элекгрйческую прочность па два порядка.

2. Исследованы основные закономерности новых процессов в порах и . предложена физическая модель: При провисании внешнего электрического ноля в

объем поры и наличии на ее поверхности адсорбированных молекул воды, кислорода, углекислого газа, азота и т.д. в объеме поры создается газовая среда и эмиттируются заряженные частицы в вакуумный промежуток вследствие рйонансной десорбции. Прн .'определенных условиях провисания электрического dßböMeiqqpü. ^ига^ся*сам6стоятеа1ьиый газовый разряд, катодная часть которого формируется над поверхностью поры, отстоящей на десятые доли миллиметра. Эмиссия заряженных частиц за счет этих процессов была названа . пороэлектронной. Появление пороэлектронной эмиссии в вакууме и газе приводит к отклонению левой и правой ветви кривой Пашена.

3. Исследована ВАХ пороэлектронной эмиссии, имеющая начальный линейный участок, который постепенно переходит в экспоненту. Показано, что линейный характер. ВАХ определяется линейной зависимостью эмиттирующей площади от приложенного напряжения, и ток этого участка - ток отрицательных ионов. . :;. -

. ■ 4. Исследована зависимость пороэлектронной эмиссии от газонасыщенности пористой поверхности и отразмеров и • конфигурации пор. Переход к экспоненциальному участку ВАХ определяется в первую очередь размером пор. При диаметре в сотни микрон этот переход начинается при Е=(1 106 В/м.

5. Достигнуты высокие ■■ электрические прочности вакуумной электройзоляции при очистке электродов до чистометаллического состояния с помощью удаления пористого^ слоя тлеющим разрядом в инертном газе.

■■ 40 ; - ..- - ■ •

Предложен новый способ подавления процессов в. порах - изготовление электродов с большими сквозными порами, который исключает химическую И электрополнровку. . "

6. Впервые показано влияние определенного загрязняющего фактора. Появление пленки окисла снижает электрическую прочность йа 40% по сравнению с величиной, полученной с чистометапличеекими электродами. Однако," этот уровень остается высоким после пребывания электродов на атмосфере и очистку ' электродов можно использовать перед , монтажом электродов в приборы и установки. Наиболее опасно появление пленки -'."масла,\ которая снижает напряжение пробоя более, чем в два раза, и кондиционирование пробоями не повышает эту величину. - •

7. Проанализированы; известные закономерности вакуумной элсктроизоляции с точки зрения процессов в порах поверхности электродов. Впервые предложенный механизм пробоя вакуума не предусматривает создание газовой среды в вакуумном промежутке и дуга формируется при увеличении тока пороэлектронной эмиссии до определенной плотности. Показано, что поведение предпробойных токов, микроразрядов, влияние , анода на характеристики вакуумной электроизоляции подтверждаются предложенной моделью процессов в порах. "Эффект полного напряжения и тока" определяется меньшим провисанием электрического поля в объем поры при изменений длины вакуумного промежутка, что подтверждено расчетами и экспериментами,-Снижение, электрической прочности при наличии диэлектрика объясняется процессами в порах "тройной точки" катода и присутствием пор в "тройной точке" анода по периметру диэлектрика. Экспериментально показано,, что дополнительные поры могут возникнуть при разрушении поверхности элеетродов и спая за счет газовыделения. Предложен способ повышения электрической прочности без кондиционирования микропробоями.

I, мкА '¡I

1,5 3 / » 2

1.0 /

0,5 / /

О —.....*!' 1—Ч ;■ I 4 ' \ : .

V, кВ

4

12

те

Рис.19 Изменение В АХ при длительной откачке от атмосферы воздуха

/ , керамического кольца 22ХС,спаянного с плоскими электродами. I - в первый день, 2 - через неделю, 3 - через три недели, 4 - через месяц.

О 40 • 80 В 0 40 80 В

Рис.20 Зависимость провисания постоянного потенциала У^одоль поверхности поры на расстоянии Д от напряжения на вакуумном промежутке с)==50мкм (левый столбец) и d=100мкм (правый столбец). Д=0,4; 0,6 мк:м (з.б). %0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3 В (1^6).

42 • - Л- ■■:■;,/'•■

8. Обнаружен неизвестный ранее "фактор объема" вакуумного промежутка, который может быть использован для повышения электрической прочности вакуумной электроизоляции. Уменьшение объема вблизи анода способствует более быстрому удалению газами уменьшению потока ионов на катод при ионизации газа, десорбированного с анода, что влияет на процессы в порах катода.

9. Предложено использовать пороэлектронную эмиссию для индикации напыленных пленок, их газонасыщенности и микропористости.

10. Разработан холодный катод на основе пороэлектронной эмиссии с плотностью тока не менее 20mkA/cmj в статическом режиме и не менее 20мА/см2 в импульсном (длительность - десятки микросекунд). Такой катод может изготавливаться с большой площадью поверхности и сложной конфигурацией и работать в техническом вакууме, допуская аварийный напуск атмосферы.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Татаринова Н.В., Механизм . нарушения электронзоляцин при зажигании . газового разряда в микропорах поверхности электродов, М.,Препринт- МИФИ-

076-88, 1988,24с.

2. Tatarinova N.V., Mechanism of vacuum isolation damage, Proc. of ХШ'1' Intem.Symp.on DEIV, France, Paris, 1988,p.79. •-■ 7 7

3. Татаринова H.B., Новиков H.E., Соколов B.C., Волков H.B., Воробьев В.Л., Влияние структуры микропор поверхности электродов на характеристики пороэлекгронной эмиссии, Радиоционно-ускорительныйкомплекс, сб-кнаучных трудов МИФИ, 1991,с.68. ' • .

4. Чистяков П.Н., Татаринова Н.В., Малая послеразрядная эмиссия электронов как индикатор состояния поверхностей электродов в опытах по пробою вакуума, ЖТФ, т.35, в:7,1965, с. 1333. '

5. Чистяков П.Н., Татаринова H.B., ; Повышение электрической прочности вакуумного промежутка обработкой электродов сильноточным тлеющим

, разрядом, Физическая электроника, сб. МИФИ, в.З, М., Атомнздат, 1966, с. 54.

6. Taiarmoya N.V., Myradyan A.V., Kaznacheeva G.N., Abnormal characteiistics of prebreakdown currents in vacuum, Proc. of Xth Intern. Symp. on DE1V, South

: Carolina, I9S2, p. 120.

7. Татаринова II.В., Мурадян A.B., Казначеева Г.Н., Аномальные характеристики автоэлектрснных токов, Тезисы докладов IVBcec. симпозиума по сильноточной aneigpomnce, Томск, 1982, т.1, с.34.

8. Татаринова Н.В., Хара:стеристикн вакуумной изоляции с пленочным

" напыленным электродом, Физика газоразрядной плазмы, сб. статей МИФИ, М.,

Энергоатомиздат, 1964, с.67. ;

: 9. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., Электронная эмиссия с бариевого холодного катода, возникающая после; импульса тока в газе, Известия Академии Наук, серия физическая, №6, I960, с.635.

10. Татаринова Н.В., Влияние вакуумных условий на характеристики высоковольтного вакуумного промежутка, Линейные ускорители и физика

.г пучков заряженных частиц, М., Энергоатомиздат, сб. МИФИ, 1991, с.68.

11. Татаринова Н.В.,, Новиков Н.Е., Влияние атмосферы на электрическую прочность вакуумного промежутка с предварительно обработанными электродами, ЖТФ, т.47, в.З, 1977, с.1568.

12. Бочкарев В.П., Емельянов A.A., Кузьминов Н.С., Татаринова Н.В., Способ обезгаживания контактов, a.ci N930415, Бюл. №9, 1982.

13. Плешивцев Н.В., Малахов Н.П., Татаринова Н.В.,' Новиков Н.Е, Выбор материала для высоковольтных электродов ыногоамперных источников ионов термоядерных установок/ Вопросы атомной науки и техники, серия -термоядерный синтез ,вып.4,1985, с,43.:

14. Кульварская Б.С., Соболева Н.А;, Татаринова Н.В., Композиционные соединения щелочных металлов и новые эффективные источники ионов и

электронов, Известия Академии Наук, серия физическая, т.52, №8,1988, с. 1509.

15. Кульварская Б.С., Соболева Н.А., Татаринова Н.В., К вбпросуо холодной эмиссии пористых катодов, Труда XXI Всес. коиф. по эмиссионной электронике, 1990, с.251. - " ; : .".

16. Кульварская Б.С., Татаринова Н.В., К вопросу о природе электронной эмиссии с пористых холодных катодов, Радиотехника и электроника, т.37, Я»2, 1992,

с.362. ■ Л^'^лол'

17. Татаринова Н.В., Чистяков ПЛ., Послсразрядная эмиссия некоторых конструкционных материалов, ЖТФ, т.35, в.2,1966кс,392. . ' : .

18. Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Соколов B.C., Волков Н.В., Воробьев В.Л., Эрозиоино-эмиссионные процессы, индуцированные плазмой в микропорах поверхности, Тезисы докладов V Всес. Кокф. «Взаимодействие ионов с поверхностью», Россия, 1991, с.137. ;

19. Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Соколов B.C., Волков Н.В., Воробьев В.Л.. Эрозионно- эмиссионные процессы, индуцированные плазмой в микропора.ч поверхности, Известия Академии Наук, серия физ., т.56, №7, 1982, ¿64. . ' :

20. Татаринова Н.В., Способ исследования микроструктуры поверхности, a.c.N1589146от 10.07.1987 v > ; V

21. Татаринова Н.В., Мурадян А.В., Способ измерения я количества газа, поглощенного геттером, a.c.Nl 109822,7.04.1993, Бюл.№31,23.08.1984.'

22. Чистяков П.Н., Радионовский А.Л., Татаринова Н.В., Новиков Н Е., Трещикова Д.С., Пробой вакуума при контролируемом состоянии поверхности электродов, часть I, ЖТФ, т.39, в.6,1969.C.1075. - - V ^ : ^

23. Чистяков П.Н., Радионовский А.Л., Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Трещикова Д.С., Пробой вакуума при контролируемом состоянии электродов, часть И, ЖТФ, т.42, в.4,1972, с.821.

24. Chistyakov P.N., Radionovski A.L., Tatarinova N.V., Novikov N.Y., Treshikova D.S., Vacuum electrical insulation charcteristics under controlled condition of the electrode surfaces, Proc. of Vth Intern. Symp. oil DE1V, Poland, 1972, p.361.

25. Tatarinova M.V.,Total voltage effect and enhanced electric macrofield strength in vacuum breakdown experiment, Proc. of VIIth Intern. Symp. on DEIV, USSR, 1976, p.113.

26. Tatarinova N.V., Another cause of vacuum insulation electrical strength decrease following the bakeout of metal-insulation electrode system, Proc. of XVIth Intern. Symp. on DEIV, Russia, 1994, p.45.

27. Tatarinova N.V., Poro-e!ectron emission from metal-dielectric contact, Proc., of XIVth intern. Symp, on DEIV, USA, 1990, p.3Sl.

28. Татаринова H.B., Мурадян A.B., Предпробойные токи в вакууме, М., Эиергоатомиздат, Сб. МИФИ, Физика газоразрядной плазмы, 1984, с.43.

29. Tatarinova N.V., Myradyan A.V., Prebreakdown current in vacuum, Proc. of XIth Intern. Symp. on DEIV, Germany, Berlin, 1984, c.80.

30. Татаринова H.B., Чистяков П.Н., Зависимость малой послеразрядной эмиссии от условий эксперимента, ЖТФ, т.36, в.3, 1966, с.566.

31. Чистяков П.Н., Татаринова Н.В., Статистические запаздывания пробоя в инертном газе при чистометаллическом и активированном катодах, Радиотехника и электроника, №7, 1963, с.1246.

32. Татаринова Н.В., Послеразрядная (экзоэлектронная) эмиссия электронов с молибденовой и бариевой поверхностей после адсорбции кислорода, ЖТФ, т.42, в. 10, 1972, с.2158.

33. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., О температурной зависимости послеразрядной эмиссии, Радиационная аппаратура на базе ускорителей, Сб. МИФИ, М.,. Эиергоатомиздат, 1987, с.43.

34. Tatarinova N.V., Processes in surface layer micropores of higt voltage electrodes and

vacuum electroinsulation, Proc. of XVth Intern. Symp. on DEIV, Darmstadt, 1992, c.43. ' : V-.Г;

35. Tatarinova N.V., Grigoriev Yu.V., Total voltage effect and electrode porosity, Proc. of XVIй1 Intern. Symp. on DEIV, Russia, 1994, p.49-S2.

36. Tatarinova N.V., Grigoriev Yu.V., The total voltage current effect for porous-electrodes, EEEE, Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, y.2, Hs2, 1995, p.247: - ,

37. Татаринова H.B., Влияние процессов в порах на послсэмиссию элекгронов, Тезисы 23еи конференции "эмиссионная электроника", Узбекистан, Ташкент,

1997, с. 105. v-'wv

38. Kumaev V.A., Tatarinova N.V., Poroelectron emission induced erosion of PF materials, Proc. Of 11111 Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Japan, 1994, p.PC-46. , ; ; '-.>-

39. Kumaev V.A., Tatarinova N.V., Erosion of PFC materials induced by poroelectron emission, Journ. of nuclear materials, 220-222,1995, p.939.

40. Tatarinova N.V., A new kind of vacuum isolation damage, Proc. of XIVth Intern Symp. on DEIV, USA, 1990, p.383. ' ? ^ V , : X X, ,

41. Tatarinova N.V., OsipovN.A., Abnormal characteristics of prebreakdown currents in vacuum, Proc, of XVth Intern. Conf. oh Phenomena in Ionized Casés, USSR, 1981, -p.657. '.' ' ; .■ , ;

42. Татаринова H.B., Чистяков П.Н., Установка для обнаружения тонких диэлектрических пленок на поверхностях металлов, ПТЭ, №6,1966, с. 137, ; ,

43. Казначеева Г.Н., Мурадян А.В., Татаринова Н.В., Способ кндикацш! напыленных металлических пленок, а.с. N1177657, 8.07.1993, Бюл.№33 07.07.1985. ' / . X

44. Татаринова Н.В., Новиков Н Е., Высоковольтный вакуумный прибор, патент №2054729.

45. Tatarmova N.V., Poroelectron emission induced erosion of materials, Proc. of 40л Holm Conf.on Electrical Contacts, USA, Chicago, 1994, p.59.

46. Татаринова H.B., Соколов B.C., Курнаев B.A., Новиков H.E., Волков Н.В., . Холодный эмиттер для вакуумных приборов .патент №2075129.

47. Татаринова Н.В., Процессы в порах графитовой поверхности при адсорбции . воды и активных газов, Тезисы' 13°" . нонф. «Взаимодействие ионов с

поверхностью», Россия, Звенигород, 1997, т.2, с. 100.

48. Соболева А.С;, Татаринова Н.В., Влияние адсорбированного электродами газа . на токи в вакуумном промежутке, Труды Межд. Конф. по «Диэлектрикам и

изоляторам», Венгрия, Будапешт, 1997, с.52. ; .

49 Татаринова Н.В., Индикация- адсорбированных слоев газа на напыленных д металлических пленках,; Тезисы • 23сЯ. конф. «Эмиссионная электроника»,

Ташкент, 1997, с.60. ' . ■

50. Татаринова Н.В., Влияние резонанасной десорбции газа на экзоэлектронную эмиссию, XII Международный симпозиум по экзоэлектронной эмиссии, Польша, 1997, с.45".

1. Введение.бяз

2.Характеристики вакуумной электроизоляции при контроле состояния поверхности высоковольтных электродов.

2.1. Введение.

2.2.Экспериментальная установка и приборы. Индикация состояния поверхности электродов. 15

2.2.1. Типичные обработки высоковольтных электродов. 24т'-27.

2.2.2. Метод контроля состояния поверхности электродов с помощью послеразрядной, фотоэлектронной эмиссии и величины нормального катодного падения тлеющего разряда . 27 гЗЗ

2.3. Характеристики вакуумной электроизоляции с электродами, очищенными до чистометаллического состояния. з,3'

2.3.1. Первые опыты по исследованию характеристик вакуумной электроизоляции при контроле состояния поверхности высоковольтных электродов (медные, молибденовые электроды ). Вакуумные промежутки свыше 1 мм.зз.^б

2.3.2. Опыты с чистометаллическими электродами при отсутствии послеразрядной эмиссии электронов (приборы № 1+5). 46^

2.3.3. Длительная выдержка вакуумного промежутка с чистометаллическими электродами под напряжением.-60. —

2.3.4. Влияние микропробоев вакуумного промежутка с чистометаллическими электродами на характеристики вакуумной электроизоляции . .63-^

2.3.5. Характеристики Фаулера-Нордгейма; "эффекты полного напряжения и Т9ка" Для чистометаллических электродов.65^

2.3.6. Причина появления больших предпробойных токов с чистометаллических электродов .67 -т

2.4.Влияние загрязнений на поверхности электродов.70

2.4.1.Влияние пленки окисла.Сравнение методов кондиционирования электродов микропробоями в вакууме и предварительной очистки тлеющим разрядом.70—

2.4.2. Влияние пленок масла, попадающего из вакуумных наСОСОВ.84—

2.4.3. Влияние загрязнений материалами, поступающими с оксидного термокатода. 8;сг„ эд

2.5. Основные результаты.9К—

3. Аномальные характеристики Фаулера-Нордгейма предпробойных токов в вакууме - проявление неизвестных ранее процессе в порах поверхности электродов юон ¡

3.1.Объяснение аномальных характеристик Фаулера-Нордгейма предпробойных токов в вакууме в опубликованных работах .-.•

3.2. Предлагаемая модель физических процессов, вызывающих аномалию характеристик Фаулера- Нордгейма для токов в вакууме . 105 т116 4,Основные характеристики нового явления в порах поверхности высоковольтных электродов под действием внешнего электрического поля, пороэлектронная эмиссия.117-( 99.

4.1.Вольт-амперная характеристика предпробойных токов в вакууме для электродов большой пористости.1 17

4.2.Влияние газонасыщенности пористой поверхности электродов на вольт-амперную характеристику вакуумного промежутка.125Н

4.2.1. Чистометаллические электроды большой пористости режим геттерирования).12 5— ы

4.2.2. Опыты с пористыми электродами, длительно находившимися на атмосфере. Ь2-1б

4.3. Влияние размеров и конфигурации пор поверхности электродов на вольт-амперную характеристику вакуумного промежута. 164

4.4. Гистерезис вольт-амперных характеристик пористых электродов . 174Н

4.5. Свечение в вакуумном промежутке при измерении вольт-амперных характеристик пористых электродов.176—

4.6. Влияние продольного магнитного поля на вольт-амперные характеристики пористых электродов.

4.7. Эрозия пористых электродов .178

4.8.Холодный катод на основе пороэлектронной эмиссии 184

4.9.Использование пороэлектронной эмиссии для индикации состояния поверхности электродов. 194

4.9.1. Индикация напыленных металлических пленок.194

4.9.2. Метод определения микропористости поверхности.196

4.9.3. Метод оценки газ о насыщенности пористых материалов 197-198 4.10. Основные результаты главы 4. 199 /

5.Нарушение вакуумной электроизоляции при возбуждении процессов в порах поверхности высоковольтных электродов. 20(^

5.1. Предпробойные токи.201

5.2. Микроразряды и вакуумная дуга. 210

5.3. Запаздывание пробоя вакуума с пористыми электродами . . 216

5.4. Влияние анода. 222

5.5. Влияние объема и конфигурации вакуумного промежутка 22 7

5.6. "Эффекты полного напряжения и тока". 2:30

5.7. Диэлектрик в вакуумном промежутке. 239г

5.7.1. Нарушение вакуумной электроизоляции при наличии диэлектрика- следствие процессов в порах "тройной точки"' 241

5.7.2. Опыты, подтверждающие предложенный механизм нарушения вакуумной электроизоляции с диэлектриком 245

5.8. Влияние процессов в порах на различные явления в вакууме и газе. 259^

5.9. Подавление процессов в порах - метод повышения электрической прочности вакуумной электроизоляции.263

5.10. Основные результаты главы 5 .'. 270

При разработке новых высоковольтных электрофизических установок и приборов предъявляются все более жесткие требования к электрической изоляции вакуума, газа и твердых диэлектриков.Более полувека исследуются характеристики этих типов изоляции, выполнено'- огромное число работ. Однако^ полученные результаты не позволяют в настоящее время достигать стабильные,длительно выдерживаемые постоянные напряжения без заметной предпробойной проводимости с напряженностью внешнего поля, значительно превышающую 107 В/м. Одни и те же закономерности в высоковольтном промежутке по разному представляются авторами опубликованных работ, имеются противоречивые результаты и не все экспериментально наблюдаемые закономерности можно объяснить существующими представлениями. Все это осложняет использование результатов опубликованных работ.£

Такое состояние, вероятно, определяется не только сложностью и разнообразием процессов при нарушении электроизоляции, сложностью воспроизводимости начальных поверхностных условий, но также отсутствием единых критериев оценки электрической прочности, и данных по поведению электроизоляции в течение длительной работы электрофизических установок. Этому способствуют и другие существующие положения:

1. До настоящего времени не выбран единый критерий нарушения электрической прочности электроизоляции. Некоторые авторы оценивают электрическую прочность по определенному уровщо предпробойных токов, другие - по напряжению появления микроразрядов ^"третьи - по количеству микроразрядов в некоторый промежуток времени и т.д. Приводятся результаты измерений, характеристик вакуумной изоляции без длительной работы вакуумного промежутка при высоком напряжении.

2. Как правило, опыты по исследованию характеристик электроизоляции проводились без контроля поверхности электродов.Основная часть результатов опубликованных работ относится к неопределенным условиям на поверхности, так как количественные характеристики сообщаются после проведения кондиционирования электродов микропробоями вакуума. При этом происходит изменение поверхностного состояния электродов.

3.Количественные оценки напряженностей электрического поля включают и коэффициенты усиления внешнего поля на микронеровностях электрода,способ измерения которых весьма спорный.

Такое положение в области вакуумной электроизоляции стимулировало проведение работ с контролем поверхностей электродов на наличие неметаллических включений и пленок, а также разного рода загрязнений с низкой работой выхода (типа щелочных металлов).Был разработан метод контроля состояния поверхности электродов, основанный на измерении токов послеразрядной эмиссии.Эта эмиссия появляется при наличии пленок и включений неметаллического характера.

Первые эксперименты показали, что уменьшение загрязнений на поверхности электродов значительно повышает электрическую прочность и есть соответствие между снижением токов послеразрядной эмиссии и повышением электрической прочности вакуума. Для электродов,очищенных от поверхностных загрязнений, были получены напряженности поля более 108 В/м при постоянном напряжении [6].

При выполнении работ по исследованию характеристик вакуумной электроизоляции с обработанными электродами были обнаружены аномальные характеристики Фаулера-Нордгейма(Ф-Н). Анализ контролируемых при этом условий позволил выявить и исследовать неизвестный ранее механизм нарушения электрической прочности вакуумной изоляции за счет процессов в микропорах поверхности электродов. При низких напряженностях поля, недостаточных для возникновения автоэлектронной эмиссии, наблюдалось нарушение электрической прочностй вакуума в виде предпробойных токов, микроразрядов и пробоев (вакуумных дуг). Новое явление представляет собой особый вид газового разряда -разряд в полых микрокатодах поверхности электродов. Газовая среда создается как за счет потока газа из материала электрода, так и при резонансной десорбцйи газа с поверхности пор. Были исследованы специально приготовленные пористые поверхности и получены зависимости характеристик вакуумной электроизоляции от газонасыщенности электрода, структуры микропор и т.д. Электронные токи, обуславливающие проводимость вакуумного промежутка, были токами пороэлектронной эмиссии.

Исследованию нового явления, возникающего в порах электродов и влияющего на характеристики вакуумной электроизоляции, посвящена вторая часть работы. Она включает в себя также предшожения по практическому использованию этих процессов и способы устранения шги ограничения гих как отрицательного явления с целью повышения электрической прочности вакуума.

Целью диссертационной работы является исследование вакуумной электроизоляции при контроле состояния поверхности электродов для создания методик обработки и подготовки электродов, обеспечивающих повышение электрической прочности вакуумной электроизоляции и выяснение условий, приводящих к ее снижению. К последним относятся неизвестные ранее процессы в порах поверхности электродов, а также поверхностные загрязнения.

Диссертация состоит из 6 глав.

В первой главе (введении) обоснована актуальность исследований по вакуумной электроизоляции с контролем состояния поверхности электродов. Выполненные эксперименты позволили выяснить причину появления обнаруженной автором аномалии характеристик предпробойных токов, не подтверждающую автоэлектронной природы этих токов.

Во второй главе представлены характеристики вакуумной электроизоляции на различных стадиях очистки электродов от неметаллических пленок или включений. Впервые контроль состояния поверхости проводился с помощью послеразрядной (экзоэлектронной) эмиссии электронов и наиболее высокие результаты были получены после устранения этой эмиссии. Впервые были получены результаты по влиянию только одного из возможных загрязнений поверхности электродов на характеристики вакуумной электроизоляции. Пленка окисла на предварительно очищенных электродах снижает вакуумную электроизоляцию, однако уровень напряженности остается довольно высоким.

Наиболее существенно снижает вакуумную электроизоляцию масло вакуумных насосов и пористая пленка на поверхности электродов.

В третьей главе анализируются причины появления аномалии предпробойных токов. Сформулирована гипотеза, объясняющая эту аномалию и опровергающая представление об автоэлектронной природе токов при низких напряженностях электрического поля. Специальными опытами было проверено, что аномалии возникают вследствие процессов, возникающих в порах поверхности электродов. При провисании электрического поля в порах создаются условия для появления газовой среды и эмиссии заряженных частиц. При провисании поля, достаточного для ионизации газа, в объеме поры зажигается самостоятельный газовый разряд, катодная часть которого формируется над поверхностью поры. Создание таких условий возможно при резонансной десорбции газа. Предпробойный ток в

I " "Т - ' "Т вакуумном промежутке вследствие этих процессов был " назван током пороэлектронной эмиссии.

В четвертой главе представлены результаты экспериментов по исследованию процессов в порах поверхности электродов при воздействии внешнего электрического поля. Показано, что вольт-амперная характеристика В АХ этих процессов зависит от газонасыщенности электродов и размеров пор. Процессы в порах сопровождаются свечением в вакуумном промежутке. На основе пороэлектронной эмиссии разработан холодный катод.

В пятой главе рассматриваются с точки зрения возможности возбуждения процессов в порах поверхности электродов основные закономерности выкуумной электроизоляции и все виды ее нарушения (предпробойные токи, микроразряды и вакуумная дуга). Показано, что предпробойные токи в вакуумном промежутке с элктродами, изготовленными по общепринятой технологии, являются токами пороэлектронной эмиссии: при длительной откачке (обезгаживании) ток сначала увеличивается на много порядков, затем начинает уменьшаться. Микроразряды рассматриваются как незавершенный дуговой разряд. Известные закономерности микроразрядов подтверждают эти предположения^а уменьшение сопротивления во внешней цепи приводит к переходу микроразрядов в вакуумную дугу.

Анализируются влияние анода и диэлектрика в вакуумном промежутке, а также эффекты «полного напряжения и тока». Отмечается влияние процессов в порах на различные явления в вакууме и газе.

В шестой главе выполнены расчеты и даются объяснения наблюдаемых закономерностей, подтверждающих предлагаемую физическую модель процессов в порах.

Научная новизна, по мнению автора, заключается в следующем:

1. Впервые показано, что уровень электрической прочности вакуумной электроизоляции, в значительной степени) определяется наличием пор на поверхности электродов.

2. Обнаружены, неизвестные, до настоящего времени процессы в порах поверхности отрицательного электрода, возникающие вследствие создания газовой среды в объеме поры при резонансной десорбции газа и формирования над порой катодной части самостоятельного газового разряда. Эмиссия заряженных частиц за счет этих процессов была названа пороэлектронной.

3. Исследованы зависимости величины пороэлектронной эмиссии от газонасыщенности пористой поверхности, от размеров и конфигурации пор.

4. Удаление пористого окисленного слоя с помощью тлеющего разряда в инертном газе позволило достигнуть высокого уровня электрической прочности в вакуумном промежутке,сохраняющегося при длительных испытаниях. Дается новое объяснение загрязняющих факторов, снижающих электрическую прочность вакуумной электроизоляции.

5. Предложена новая гипотеза физических процессов в порах поверхности электродов вакуумного промежутка, согласно которой начальный ток заряженных частиц и газовая среда в поре создаются с появлением резонансной десорбции газа При развитии ионизационных процессов в газе инициируется вакуумная дуга (пробой вакуума).

6. Впервые показано,что создание газовой среды в вакуумном промежутке не является обязательным для формирования вакуумной дуги, что существенно отличает предложенный механизм от известных до настоящего времени.

7. Полученные ранее данные по вакуумной электроизоляции рассмотрены с точки зрения процессов в порах. Экспериментально и расчетами подтверждены на основе предложенной модели ВАХ вакуумного промежутка, "эффекты полного напряжения и тока", влияние анода и наличия диэлектрика в вакуумном промежутке на характеристики вакуумной электроизоляции.

8. Впервые установлено влияние «фактора объема» на электрическую прочность вакуумного промежутка. Десорбированный газ вблизи анода ионизуется предпробойным током. При этом возникает поток заряженных частиц на катод, что способствует процессам в порах, т.е. снижению электрической прочности вакуумного промежутка.

9. Экспериментально показано, что величина пороэлектронной эмиссии может служить индикатором состояния металлической поверхности в вакууме, а также источником заряженных частиц. Разработан холодный катод на основе пороэлектронной эмиссии^который может работать при низких наряженностях поля и техническом вакууме. Наибольшее преимущство катод может иметь для источников электронов с большой площадью.

На защиту автор выносит следующие положения:

- результаты исследования влияния пористости поверхности электродов на электрическую прочность вакуумной электроизоляции, которые показали, что физические процессы в порах ответственны за нарушение всех видов вакуумной электроизоляции при низких напряженностях поля, т.е. за появление предпробойных токов, микроразрядов и вакуумной дуги. Развитие этих процессов приводит к формированию катодной части самостоятельного газового разряда в вакуумном промежутке; ток этого разряда был назван пороэлектронной эмиссией;

- результаты исследования нового явления - процессов в порах поверхности: исследованы ВАХ токов в вакуумном промежутке от размеров пор, газон?юыщенности поверхности электродов; гистерезис ВАХ;- условия появления "эффекта полного напряжения и тока", эрозии поверхности и свечения в вакуумном промежутке;

- предложенные методы увеличения электрической прочности подавлением процессов в порах поверхности электродов: 1) удаление окисленного пористого слоя Бельби с помощью тлеющего разряда в полом катоде в инертном газе; 2) изготовление электродов с определенными размерами пор;

- результаты исследования снижения электрической прочности при появлении пленки окисла на предварительно очищенных электродах, пористой пленки напыления от оксидного термокатода, а также пленки масла при работе вакуумных насосов с масляными средствами откачки.

- предложенную гипотезу, объясняющую физические процессы в порах поверхности электродов, согласно которой начальный ток заряженных частиц и газовая среда в поре создаются резонансной десорбцией газа, а пробой вакуумного промежутка является результатом ионизационных процессов в объеме поры и появления дугового разряда.

I "г

- результаты исследования влияния диэлектрика в вакуумном промежутке, анода и "фактора объема" вакуумного промежутка на характеристики вакуумной электроизоляции;

- результаты разработки холодного катода на основе пороэлектронной эмиссии, для которого не требуется высокий вакуум,прост в изготовлении,что особенно важно для больших площадей, а также использование этой эмиссии для индикации состояния поверхности электродов (микроструктуры и газонасыщенности поверхности электродов).

Совокупность указанных выше положений, по мнению автора, можно квалифицировать как новое крупное достижение в исследовании вакуумной электроизоляции. г.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах МИФИ, ВЭИ, ИАЭ, ВНИИОФИ, на Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Ленинград - 1978, 1990; Ташкент - 1997); на Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 1982), на Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям заряженных частиц (Харьков - 1983, Протвино - 1995), на конференции по физике газового разряда (Рязань, 1996), на Международных конференциях по экзоэлектронной эмиссии и ее практическому применению (Россия - 1991, Польша

13

1997), на Международных конференциях по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород - 1993, 1995, 1997), на Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (Минск, 1981), на Международной конференции по электрическим контактам (Чикаго, 1994); на Международном симпозиуме по разрядам и электрической изоляции вакуума (Польша - 1972, Россия - 1976, США -1982, Германия - 1984, Франция - 1988, США - 1990, Германия - 1992, Россия - 1994, США- 1996).

Основные результаты диссертационной работы изложены в 50 научных статьях (в научных журналах, в сборниках конференций и симпозиумов); в 15 отчетах по хоздоговорным темам, в 1 препринте, а также защищены 10 авторскими свидетельствами и 2 патентами.

5.10. Основные результаты.

Результаты данной работы и опубликованного материала других авторов подтверждают влияние процессов в порах на характеристики вакуумной электроизоляции для обычных методов подготовки высоковольтных электродов. Напряженность внешнего поля для этих методов обычно не превышает (1 -5)107В/м.

1 .Порами на поверхности электродов могут быть углубление от механических повреждений, места контакта с чужеродными образованиями металлического и диэлектрического характера. На характеристику вакуумной электроизоляции влияет пористость обоих электродов.

2. Для электрофизических установок и приборов стационарные токи в вакуумных промежутках не являются автоэлектронными и имеют зависимости, характерные для процессов в порах поверхности электродов: а) при длительной откачке от атмосферного давления воздуха появляется линейный участок ВАХ; б) имеется семейство графиков Ф-Н для разных вакуумных промежутков, угол наклона которых не определяет коэффициент усиления внешнего электрического поля |3 на предполагаемых остриях; в) при откачке вакуумной камеры от атмосферного давления величина тока в вакуумном промежутке сначала увеличивается при большом гистерезисе ВАХ, а затем оба параметра уменьшаются, то есть величина тока зависит от газонасыщенности катодов и эта зависимость имеет максимум ; большим давлением газа в порах объясняется скачок тока; г) наличие свечения в вакуумном промежутке в виде столбиков и точек является следствием формирования самостоятельного газового разряда в порах; д) процессы в порах могут инициировать самостоятельный высоковольтный разряд по длинному пути и предпробойные токи в этом случае будут определяться характеристиками этого разряда.

3. Микроразряды - самопроизвольное увеличение тока при переходе самостоятельного газового разряда в порах (разряда с полым катодом) в дуговой разряд и обрыв этого тока вследствие изменения давления газа в порах или ограничения тока параметрами внешней цепи. Доказательством является: а) уменьшение напряжения появления микроразрядов от длительности откачки от атмосферного давления и восстановление этой зависимости при контакте электродов с атмосферой; б) снижение напряжения на вакуумном промежутке при появлении микроразрядов, переход микроразрядов в дугу при изменении параметров внешней цепи и циклическом воспроизведений этих условий; в) спектр ионов при микроразрядах соответствует спектру ионов газового разряда с полым катодом.

4. Напряжение пробоя вакуума (дуга) определяется пористостью обоих электродов. В большей степени влияет пористость катода по сравнению с той же пористостью анода. По характеристикам предпробойного тока можно прогнозировать появление пробоя вакума. Запаздывание пробоя вакуума определяется параметрами пор на обоих электродах и экспоненциально зависит от напряженности поля. Дополнительная адсорбция газа на поверхности пористого катода в большей степени уменьшает величину запаздывания.

5. Обнаружен и исследован ранее неизвестный параметр вакуумной электроизоляции - "фактор объема" вакумного промежутка. Он объясняет противоречивые результаты опубликованных работ по влиянию площади, конфигурации и радиуса закругления электродов. Этот фактор влияет на напряжение пробоя вакуума, увеличивая его в том случае, когда созданы условия быстрого удаления газа вблизи анода, то есть уменьшения потока ионов и фотонов на катод.

6. Предложено объяснение "эффекта полного напряжения и тока", подтвержденное расчетами и экспериментами. Это соответствует снижению напряженности внешнего поля с увеличением длины вакуумного промежутка, при которой регистрируется один и тот же ток на экспоненциальном участке ВАХ или фиксируется пробой вакуума. Эта зависимость объясняется тем, что при одной и той же напряженности внешнего поля провисание эквипотенциали, соответствующей потенциалу ионизации газа ^ в объем поры меньше для коротких вакуумных промежутков. Вид этой зависимости (прежде всего для вакуумных промежутков до 1 мм), а также ее отсутствие определяются размерами пор по отношению к длине вакумного промежутка.

7.Предложен механизм нарушения вакуумной электроизоляции при наличии диэлектрика между электродами вакуумного помежутка. Основные закономерности этой системы определяются процессами в протяженных порах на катоде и аноде в тройной точке (вакуум - металл - диэлектрик). Снижение электрической прочности этой системы определяется : а) зарядкой диэлектрика в тройной точке катода вследствие эмиссии заряженных частиц при резонансной десорбции газа; б) наличием всегда протяженной поры на аноде против протяженной поры на катоде ( по периметру спая или контакта металла с диэлектриком), что определяет зависимость напряжения пробоя от угла спая изолятора одного электрода по отношению к другому, т. е. условия попадания заряженных частиц из тройной точки на катоде в поры тройной г точки анода. Экспериментально показано, что прогрев электродов, спаянных с диэлектриком, может привести к появлению пористости мягкого материала припоя и ухудшению электрической прочности вакуума. Показано, что разрушение спая вызывается сильным газовыделением. Появление пористости высоковольтных электродов возможно по этой же причине.

8. Рассмотрены основные используемые методы повышения электрической прочности вакуумной электроизоляции, которые практически приводят к подавлению процессов в порах. Предложен простой, экологически чистый способ изготовления электродов с регулярными порами определенных размеров.

9. Рассматриваются условия, в которых процессы в порах могут играть существенную роль. К ним относятся: а) закон Пашена -не тольно в левой ветви (условия вакуума), но и в газовой среде (правая ветвь); б) эрозия и эмиссия нейтральных и заряженных частиц на первой стенке и на поверхности дивертора термоядерного реактора и т.д.

6. Подтверждение предложенного механизма процессов в порах электродов, образующих вакуумный промежуток

В главе 3 предложена модель физических процессов в порах поверхности этрицательного электрода при провисании внешнего поля в объем поры. Она юдтверждается экспериментальными результатами главы 4 и 5 по влиянию эазмеров пор, газонасыщенности и т.д. В этой главе рассматриваются различные участки ВАХ с точки зрения предложенного механизма.

6.1. Объяснение линейной зависимости начального участка ВАХ

Как показано в главе 4 линейная зависимость ВАХ сохраняется при изменении газонасыщенности электрода и она очень слабо зависит от длины вакуумного промежутка.

Такой характер изменения тока на начальном участке ВАХ можно объяснить увеличением площади поверхности, с которой возникает резонансная десорбция. Предположим, что этот процесс начинается при появлении критического потенциала на некотором расстоянии от боковой поверхности поры г- 1 уокда ! при увеличении внешнего напряжения У^должен линейно продвигаться параллельно поверхности вглубь поры, т^е. линейно будет увеличиваться эмиттирующая площадь. Как отмечалось в главе 3, этот потенциал должен быть в пределах десятых вольта.

Исходя из возможностей расчета электрических полей, провисающих в пору, были выбраны размеры пор и вакуумного промежутка такими же как в главе 5.6: диаметр и глубина поры 100 мкм и длина вакуумного промежутка 50 и 100 мкм. На рис.6.1.1. схематически изображена картина провисания поля в объем поры для разных вакуумных промежутков. На рис. 6.1.2-^6.1.4 показаны расчетные зависимости провисания различных потенциалов] на расстоянии дот / боковой поверхности поры для разных напряжений на вакуумном промежутке. По этим кривым были построены зависимости провисания от напряжения на вакуумном Промежутке, (рис.6.1.5). Рассматривались потенциалы Ув от 0,05 до 0,3 В на

Рис.6.1.1. Схематическое изображение провисания электрического поля в объем поры; дайна вакуумного промежутка (1|/ак ; Р — провисание исследуемого потенциала на расстоянии А от поверхности поры; изображена одна и та же эквипотенциаль для разных вакуумных промежутков: ,

Ут5 д^ V, дая б ,

1 I/. | разных расстояниях от боковой поверхности поры (А=0,2~0,4';0,6 мкм ). Расчеты проводились для двух вакуумных промежутков. Как видно из рис.6.1.5 для определенных потенциалов ^^появляется линейная зависимость его провисанияР вдоль поверхности поры от напряжения на вакуумном промежутке. При увеличении расстояния от стенки поры этот потенциал У& увеличивается. Например, для вакуумного промежутка <1 = 50 мкм линейная зависимость появляется для расстояний Д от поверхности поры ( Д =0,2' 0,4' 0,6 мкм ) соответственно для потенциалов 0,Р 0,2 и 0,3 - В, т.е. при напряженности внешнего поля Е=5 »105 В/м. Для вакуумного промежутка 100 мкм при тех же значениях д потенциалы были равными 0,050,1 и 0,15 В,т.е. линейность появлялась при напряженности Е~2,5*105 В/м.

Длина вакуумного промежутка влияет на величину напряженности, при которой появляется линейная зависимость Б | -^^¡Уак| ,, вследствие меньшего провисания электрического поля в объем поры при уменьшении длины вакуумного промежутка (см.главу 5,6 ). Из рис.6.1.1 видно, что один и тот же потенциал вблизи боковой поверхности поры появляется раньше для более длинного промежутка. Это подтверждается и экспериментом: при некоторой газонасыщенности ток на линейном участке ВАХ меньше для более коротких вакуумных промежутков (см .рис. 4.1.1 ).

Следует отметить, что зависимость начинается ле из нуля, а из некоторого значения , которое увеличивается с увеличением потенциала Уб % Однако в масштабе рис.6.1.5 эти потенциалы не отмечены.

20 уакЛ20в юов

80В О

0,15

0,20

0,25 ож

Рис.6.1.4. Зависимость провисания различных потенциалов Ув вдоль поверхности поры на расстоянии Д - 0,6 мкм при различных напряжениях Уак на вакуумном промежутке с!ак = 100 мкм (а) и с!ак = 50 мкм (б). а) Ь О О

80

I

- 40 -

-Г - ' 1 1 . —1— -1 1 0 ^ 1 1 ■ « •

40

80 Уак, В

40

80 Уак, В

80

40 0 б) Б

80

40 0

80 Ч,к, В

40

80

V,,. В о 0 о эис6.1.5.

Зависимость провисания постоянного потенциала Ув вдоль поверхности поры на расстоянии Д от напряжения на вакуумном промежутке <1 = 50 мкм (левый столбец) и <1 = 100 мкм (правый столбец). А = 0,2; 0,4; 0,6 мкм (а,б,в). Ув - 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 ; 0,25; 0,3 В (1-=-6).

1) (2) (3) (4) (5) (6)

Таким образом, расчеты электрических полей подтверждают предположение о линейной зависимости тока вакуумного промежутка от внешнего напряжения вследствие увеличения поверхности, с которой наблюдается резонансная десорбция газа в виде заряженных частиц.

Линейные начальные участки ВАХ встречаются в опубликованных работах в экспериментах с обычными электродами. Так при импульсных измерениях в /151,169/ наблюдалась линейная зависимость тока от напряжения в начальной фазе до пробоя вакуума (диапазон измеряемого тока 10"8-й0"2 А). В /11/ (рис.6.2.1) линейная зависимость регистрировалась в магнитном поле, а в ¡20 0) линейный участок ВАХ появился после тренировки катода электронно-оптического преобразователя (ЭОПа) наносекундными импульсами. Авторы этих работ не приводят объяснения линейного участка ВАХ.

I '7 у

6.2. Экспериментальное подтверждение предложенного механизма

В опытах по десорбции ионов при взаимодействии электронов низкой энергии с адсорбированными слоями воды /59/ вероятность десорбции определялась как 2 • 10 5 ионов на один падающий электрон и измеряемые токи были порядка Ю-7 А. Провести сравнения численных значений с результатами данной работы довольно затруднительно. Во-первых, поток электронов из объема к поверхности значительно больше, чем 400 электронов на один атом металла. Во-вторых, при взаимодействии бомбардирующих электронов с поверхностью изменяется, по мнению автора, структура и состав адсорбированных слоев воды, водорода и углеводородов; происходит очистка поверхности. В-третьих, после эмиттирования ионов и нейтральных частиц в объем поры при рекомбинации ионов появляются электроны (см.главу 3), которые обладают низкой энергией и способны вызвать процессы резонансной десорбции с противоположной боковой поверхности поры и увеличить ток на начальном участке ВАХ.

Наиболее достоверным экспериментальным подтверждением резонансной десорбции в предлагаемом механизме могут служить опыты, выполненные в /51/, (рис.6.2.1 ). Проводились измерения токов в вакуумном промежутке для плоских электродов. Обработка электродов заканчивалась электрополировкой. Использование магнитного поперечного поля показало, что при удалении из вакуумного промежутка электронов остаточная ионная компонента линейно зависит от напряжения (кр.2). В настоящее время эта работа утвердила представление о том, что ток в вакуумном промежутке - электронный, а 10% от общего тока - ионный, который формируется из молекул остаточного газа в промежутке /1*3/. В настоящее время для улучшения электрической прочности вакуумной изоляции электрофизических установок используют поперечное магнитное поле.

На кр. 1 также имеется линейный участок, однако ток на этом участке больше, чем на кр.2. Это подтверждает предположение, что электроны, образующиеся при рекомбинации ионов, могут увеличить ток на линейном участке ВАХ. Из других экспериментальных результатов данной работы, наиболеё достоверно подтверждающих предложенный механизм развития процессов в порах, следует отметить влияние на характеристики вакуумной электроизоляции газонасыщенности электродов, размеров пор, определяющих переход к экспоненте ВАХ и напряжение микроразрядов и вакуумной дуги; наличие свечения в вакуумном промежутке, а также увеличение электрической прочности вакуума при подавлении процессов в порах.

1,1 (Г9 А

300

Рис.6.2.1. ВАХ без (1) и

50 0

V: ,кВ

60' 80

100- 120

140

Заключение

Результаты диссертационной работы показали, что в отличие от сложившихся представлений при низких напряженностях внешнего поля все виды нарушения вакуумной электроизоляции определяются процессами в порах - зажиганием самостоятельного газового разряда. Эти процессы зависят от ряда факторов, которые могут изменяться как в момент приложения напряжения и при длительном его воздействии, так и в его отсутствие. Измерение предпробойных токов, микроразрядов пробоя вакуума сопровождается изменением состояния поверхности электродов, поэтому при исследовании определенной зависимости приводятся результаты одного измерения. На вольт-амперных характеристиках указаны пределы колебания токов, обусловленных изменением состояния поверхности. В тех случаях, когда исследуемая величина, например, напряжение появления микроразрядов или пробоя вакуума, определялись из нескольких измерений, указывалось количество измерений и среднее значение величины. Используемые приборы позволяли проводить измерения с точностью не менее 10 %.

Проведенные эксперименты наглядно показали, что широко распространенные методы обработки электродов, такие как электрополировка, прогрев в вакууме, обработка электронным лучом и т.д. могут привести к условиям появления пор. Найдены причины, ответственные за низкий уровень электрической прочности вакуумной электроизоляции, а также разработаны методы, позволяющие повысить ее уровень до более высоких значений. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Впервые показано, что наличие пор на поверхности электродов в значительной степени определяет уровень электрической прочности вакуумной электроизоляции. Появление определенных размеров пор может снизить электрическую прочность вакуумной электроизоляции на два порядка. На поверхности электродов такими порами могут быть канавки от резца, трещины, границы зерен, место контакта чужеродных включений. Пленка окисла, которая всегда присутствует после контакта с атмосферой, имеет поры. Показано, что поры могут появиться после химической и электрополировки, которые широко используются в практике изготовления приборов и установок.

2. Обнаружены" неизвестные ранее процессы в порах поверхности отрицательного электрода, развитие которых приводит к формированию катодной части самостоятельного газового разряда, свечение которого наблюдается в высоком вакууме над поверхностью пор на расстоянии десятых миллиметра. Эмиссия заряженных частиц за счет этих процессов была названа пороэлектронной. Появление этой эмиссии как в вакууме, так и газе приводит к нарушению левой и правой части кривой Пашена.

3. Исследована вольт-амперная характеристика пороэлектронной эмиссии. Характерной ее особенностью является наличие начального линейного участка, который постепенно переходит в экспоненту. Этот переход зависит в первую очередь от размера пор. При диаметре в сотни микрон этот переходит начинается при напряженности.-макрополя (1 : 5). !0'°-В/м.

Экспериментально показано, что появление на пористой поверхности о острий, усиливающих макрополе до 10- В/м ( т.е. более, чем на два порядка) не приводит к появлению автоэлектронной эмиссии. Другим доказательством отсутствия автоэлектронной эмиссии является наличие семейства графиков, построенных в координатах Фаулера-Нордгейма для разных вакуумных промежутов.

4.Исследована пороэлектронная эмиссия от газонасыщенности пористой поверхности и от размеров и конфигурации пор. Показано, что' угол наклона линейного участка зависит от газонасыщенности поверхности. В режиме длительного геттеррирования газа зависимость тока от времени геттеррирования имеет один или два максимума. Плотность тока для первого максимума с большей плотностью тока составляют (1 ; 10) мкА/см2.

Такая же картина наблюдается и при уменьшении газонасыщенности, т.е. при откачке атмосферы и длительном пребывании в вакууме, т.е. ток сначала увеличивается только за счет длительной откачки, достигает максимума и затем уменьшается.

Время достижения первого максимума зависит от размеров пор и массивности электродов. Так для тонких пористых электродов со сквозными порами это время составляет часы или сутки, а для массивных электродов -недели или месяцы.

5.Достигнуты высокие электрические прочности вакуумной электроизоляции при очистке электродов до чистометаллического состояния с помощью тлеющего разряда в инертном газе. Впервые опыты по пробою вакуума проводились с контролем чистоты поверхности электродов на наличие неметаллических пленок и включений. Была разработана методика контроля с помощью послеразрядной (экзоэлектронной) эмиссии электронов.

Максимально достигнутые напряженности поля до первого пробоя о составляли в статическом режиме 1,1 • 101°В/м для вакуумного промежутка в 1 мм, и 1,3- 101- В/м для 0,5 мм. Длительно выдерживаемые напряженности поля (без пробоев вакуума и предпробойных токах менее 10 -А) составляли п для вакуумного промежутка 1мм (5 г 7) Ю*- В/м.

В отличие от других работ; использующих тлеющий разряд, окисленный слой в порах которого развиваются процессы, снижающие электрическую прочность вакуума,не раскислялся, а удалялся. Подавлению процессов в порах способствовало обезгаживание электродов высокотемпературным прогревом в вакууме, и ■ газе ^тлеющим разрядом), а также внедрение ионов инертного газа.

6. Предложен другой способ подавления процессов в лорах для повышения электрической прочности вакуумной электроизоляции. Электроды име]ЮТ1 большие . сквозные поры , при изготовлении которых исключаются экологически вредные технологии очистки поверхности с помощью химической и электрополировки. На способ изготовления электродов получен патент № 2054729.

7. Впервые показано влияние ю пред еденного вида загрязнения электродов в процессе работы вакуумных приборов и установок. Была разработана методика контроля нанесения загрязнений с помощью послеразрядной эмиссии электронов на предварительно очищенные до чистометаллического состояния электродов.

Появление пленки окисла снижает электрическую прочность вакуума на 40 % . Однако при обезгаживании электродов с отбором тока на переходном участке ВАХ, когда не происходит окисление поверхности плазмой газового разряда в порах, электрическая прочность значительно увеличивается. Таким образом, предварительную очистку электродов можно использовать перед монтажом электродов в приборы и установки. Эта технология экологически чистая и исключает химическое или электролитическое травление, различные промывки щелочными растворами. Уровень прочности вакуумной электроизоляции при таком способе подготовки электродов значительно выше, чем при кондиционировании электродов в приборах и установках, когда на поверхности электродов появляется напыленный материал и кратеры, а повышение напряжения пробоя происходит вследствие обезгаживания поверхностного слоя при микропробоях вакуума. К сожалению, это наиболее распространненный метод повышения напряжения пробоя вакуума.

Загрязнения электродов продуктами работы оксидного термокатода снижает напряжение пробоя в 1,5 раза как в импульсном, так и статическом режиме. Однако при кондиционировании микропрсбоями вакуума импульсное напряжение увеличивается на некоторое время до чистометаллического состояния.

Наиболее опасно появление пленки масла, которая снижает напряжение пробоя в статическом и импульсном режиме в 2 раза, а кондиционирование пробоями вакуума не повышает эту величину.

8. Предложена модель физических процессов в порах. При провисании внешнего поля в объем поры появляется поток электронов из объема металла к его поверхности, который создает эмиссию нейтральных частиц и отрицательных ионов с боковой поверхности вследствие резонансной десорбции при наличии адсорбированных слоев воды, водорода, углекислого газа и т.д. При рекомбинации отрицательных ионов появляются низкоэнергетичные электроны, которые усиливают процессы резонансной десорбции газа с поверхности пор и ионизируют газ при определенном внешнем напряжении, создавая объемный положительный заряд в объеме поры. Эти процессы объясняют линейный и переходный участки ВАХ. Линейность характеристики подтверждается расчетами электрических полей у поверхности поры при увеличении внешнего напряжения вследствие увеличения эмиттирующей поверхности.

При увеличени напряжения и вероятности ионизации газа в объеме поры появляется плазма над поверхностью поры, т.е. катодная часть самостоятельного газового разряда, что соответствует экспоненциальному участку ВАХ, С увеличением тока газовый разряд в поре переходит в дуговой, т.е. происходит пробой вакуумного промежутка.

Впервые предложенный механизм пробоя вакуума не предусматривает создания газовой среды в вакуумном промежутке для формирования дуги в отличие от существующих в настоящее время.

9. Рассмотрены известные ранее закономерности вакуумной электроизоляции с точки зрения процессов в порах поверхности электродов: а) показано, что поведение токов, микроразрядов, влияние анода подтверждаются предложенной моделью; б) "эффект полного напряжения и тока" объясняется меньшим провисанием внешнего электрического поля в объем поры при уменьшении длины вакуумного промежутка, что подтверждено расчетами электрических полей и экспериментами; в) снижение электрической прочности вакуумной электроизоляции при наличии в вакуумном промежутке диэлектрика определяется процессами в порах "тройной точки" обоих электродов. Экспериментально показано, что дополнительно поры могут возникнуть при разрушении спая вследствие сильного газовыделения. Предложен способ повышения электрической прочности вакуумного промежутка с изолятором без использования широко распространненного метода кондиционирования пробоями вакуума.

286

10. Обнаружен неизвестный ранее "фактор объема" вакуумного промежутка, который в сильной степени влияет на уровень электрической прочности вакуума и объясняет некоторые экспериментальные результаты. Этот "фактор объема" может быть использован для повышения электрической прочности вакуумной электроизоляции.

11. Показано, что пороэлектронная эмиссия может быть индикатором напыленных пленок, их газонасыщенности и микропористости.

12. Разработан холодный катод на основе пороэлектронной эмиссии с плотностью тока более 20 мкА/ см2 в статическом режиме и более 20 МА/см2 в импульсном (длительность импульса не менее десятков мкс). Такой катод работает в техническом вакууме, допускает аварийный впуск атмосферы и может изготовляться с большой площадью и сложной конфигурацией. На этот катод получен патент №2075129.

1. Сливков И.Н., Электроизоляция и разряд в вакууме, МАтомиздат, 1972.

2. Сливков И.Н., Процессы при высоком напряжении в вакууме, М. Энергоатомиздат, 1986.

3. Латам Р., Вакуумная изоляция установок высокого напряжения, Лондон 1981, переводе англ. Энергоатомиздат, 1985.

4. Чистяков П.Н., Татаринова Н.В., Малая послеразрядная эмиссия электронов как индикатор состояния поверхностей электродов в опытах по пробою вакуума, ЖТФ, т.35, в 7, 1965, с. 1333.

5. Чистяков П.Н., Татаринова Н.В., Повышение электрической прочности вакуумного промежутка обработкой электродов сильноточным тлеющим разрядом, Физическая электроника сб. МИФИ, в 3, М. Атомиздат, 1966, с.54.

6. Denholm A.S., The electrical breakdown of small gaps in vacuum, Cañad, I.Phys., V36, №4, 1958, p.321.

7. Anderson H.W., Effect of total voltage on breakdown in vacuum, Electr.Eng., V54, №12, 1935, p. 1315.

8. П.Гордиенко В.И., Исследование предпробойной проводимости и пробоя между электродами в вакууме при постоянном напряжении дис.на соиск.уч.ст.к.ф.-м.н., ФТИ, Харьков, 1965.

9. Лукашев A.A., Чистяков П.Н., Нормальное катодное падение и статистические запаздывания пробоя для поверхностей катодов, очищенных электронной бомбардировкой, Тезисы док. Юбилейной науч.конф. МИФИ, 1967, с.20.

10. Отчет 64-3-04 МИФИ, Влияние диэлектрических пленок на электрический пробой вакуума, 1964.

11. Отчет 65-3-83-68-3-83 МИФИ-НИИ Электронной техники, Исследование пробоя вакуума при контролируемом состоянии поверхности электродов, 1969.

12. Отчет 63-3-85 (№69013546), МИФИ, Исследование пробоя вакуума с целью создания вакуумных промежутков с высокой электрической прочностью, 1969.

13. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., Послеразрядная эмиссия некоторых конструкционных материалов, ЖТФ, т.35, в 2, 1966, с 392.

14. Paotow H., Zeitschrift fur Physik, т. 111, 1939, с 770.

15. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., Установка для обнаружения тонких диэлектрических пленок на поверхностях металлов, ПТЭ, №6, 1966, с 137.

16. Отчет 61-3-04 МИФИ, Исследование начальной эмиссии с холодных катодов импульсных газоразрядных приборов, 1961.

17. Отчет 63-3-04 МИФИ, Исследование послеразрядного состояния электродов при импульсных дугах, 1963.

18. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., Электронная эмиссия с бариевого холодного катода, возникающая после импульса тока в газе, Известия Академии Наук,серия физическая, №6, 1960, с.635.

19. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., Зависимость малой послеразрядной эмиссии от условий эксперимента, ЖТФ, т.36, в 3, 1966, с.566.

20. Чистяков П.Н., Татаринова Н.В., Статистические запаздывания пробоя в инертном газе при чистометаллическом и активированном катодах, Радиотехника и электроника, №7, 1963, с. 1246.

21. Татаринова Н.В., Послеразрядная (экзоэлектронная) эмиссия электронов с молибденовой и бариевой поверхностей после адсорбции кислорода, ЖТФ, т.42, в 10, 1972, с.2158.

22. Татаринова Н.В., Чистяков П.Н., О температурной зависимости послеразрядной эмиссии, Радиационная аппаратура на базе ускорителей, сб. МИФИ, М. Энергоатомиздат, 1987, с.43.

23. Лукашев A.A., Чистяков П.Н., Исследование малых электронных токов, протекающих в инертном газе после тлеющего разряда, ЖТФ, т.41, в 5, 1971, с.1053.

24. Милованова Р.А., Чистяков П.Н., О работе выхода и нормальном катодном падении молибдена и никеля в инертных газах, ЖТФ, т.ЗЗ, в 3, 1963, с.356.

25. Radionovski A.L., Treschikova D.S., Complex conditioning method in the vacuum electrical breakdown studies, Proc,of VII Intern. Symp.on DEIV, USSR, Novosibirsk,1976, p.446.

26. Чистяков П.Н., Радионовский А.Л., Татаринова H.B., Новиков Н.Е., Трещикова Д.С., Пробой вакуума при контролируемом состоянии поверхности электродов, часть I, т.39, в 6, 1969, с. 1075.

27. ЗОЧистяков П.Н., Радионовский A.J1., Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Трещикова Д.С., Пробой вакуума при контролируемом состоянии электродов, часть II, ЖТФ, т.42, в 4, 1972, с.821.

28. Chistyakov P.N., Radionovski A.L., Tatarinova N.V., Novikov N.Y., Treshikova D.S., Vacuum eiectrical insulation characteristics under controlled condition of the electrode surfaces, Proc, of Vth Intern. Symp.on DEIV, Poland, 1972, p.361.

29. Tatarinova N.V., Total voltage effect and enhanced electric macrofield strength in vacuum breakdown experiment, Proc, of VIIth Intern Symp. on DEIV, USSR, Novosibirsk, 1976, p. 113.

30. ЗЗ.Эванс Ю.Р., Коррозия металлов, Машгиз, 1962.

31. Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Влияние атмосферы на электрическую прочность вакуумного промежутка с предварительно обработанными электродами, ЖТФ, в 3,1977, с.1568.

32. Буц В.П., Емельянов А.А., Кассиров Г.М., Повышение электрической прочности вакуумных промежутков тренировкой высоковольтными наносекундными импульсами, Электронные и газоразрывные приборы, (электронная техника), №4, №7, 1978.

33. Емельянов А.А., Кассиров Г.М., Кузьминов Н.С., Автоэлектронные токи в вакуумном промежутке, тренированном наносекундными импульсами, Труды 17 Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике, Ленинград, 1979, с.428.

34. Кузьминов Н.С., Электрическая прочность и надежность вакуумных конденсаторов с рабочим напряжением до 100 кВ, Автореф. дис. на соиск.уч.ст. к.т.н., Рязанский радиотехнический ин-т, 1990.

35. Бочкарев В.П., Емельянов A.A., Кузьминов Н.С., Татаринова Н.В., Способ обезгаживания контактов, а.с. №930415, Бюл., №9, 1982.

36. Плешивцев Н.В., Малахов Н.П., Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Выбор материала для высоковольтных электродов многоамперных источников ионов термоядерных установок, Вопросы атомной науки и техники, серия термоядерный синтез, вып.4, 1985, с.43.

37. Радионовский A.JL, Трещикова Д.С., О зависимости характеристик пробоя вакуумного промежутка от количества органических загрязнений на поверхности электродов, Электронная техника (электроника СВЧ), вып.7, 1967, с.47.

38. Лукашев A.A., Чистяков П.Н., Послеразрядная (экзоэлектронная) эмиссия из слоев вакуумного масла, ЖТФ, т XL, в 1, 1970, с.236.

39. Пошехонов П.В., Погорельский М.М., Пошехонова Т.А., Самошенкин Б.С., Исследование следов пробоев с оксидным катодом, Радиотехника и электроника №5, 1966, с.886.

40. Пошехонов П.В., Исследование механизма пробоя высоковольтных импульсных модуляторных приборов и методы повышения их электрической прочности,автореф. дис. на соиск. уч. ст. д.т.н., Радиотехнический ин-т, Рязань,1966.

41. Пошехонова Т.А., Носов A.A., Погорельский М.М., К вопросу о нитевидных кристаллах на электродах термоэлектронных ламп с оксидным катодом, Радиотехника и электроника, №4, 1969, с.698.

42. Пошехонова Т.А., Исследование микрорельефа поверхности сетки и его влияние на работу мощных высоковольтных приборов с оксидным катодом, автореф.дис.на соиск. уч. ст .к.т.н., Радиотехнический ин-т, г.Рязань, 1969.

43. Пошехонов П.А., Погорельский М.М., Пошехонова Т.А., Нитевидные кристаллы в высоковольтных лампах с оксидным катодом, Радиотехника и электроника, №12,1967, с.2093.

44. Пошехонова Т.А., Носов A.A., Нитевидные монокристаллы на поверхности сеток мощных высоковольтных приборов, ЖТФ, т.XI, в 2, 1970, с.320.

45. Poshekhonov P.V., Molchanov U.K., Poshekhonova T.A., Samoshkin B.S., Breakdown mechanism of high voltage tubes with oxide cathode under stationary conditions, Proc. of Vth Intern. Symp. on DEIV, Poland, 1972, p. 121.

46. Tatarinova N.V., Osipov N.A., Abnormal characteristics of prebreakdown currents in vacuum, Proc, of XVth Intern. Conf. on Phenomena; Ionized Cases, USSR, Minsk, 1981, p.657.

47. Пивовар JI.И., Тубаев В.М., Гордиенко В.И., Влияние электронной токовой компоненты на развитие электрического пробоя в высоком вакууме, ЖТФ, т 27, 1957, с.997.

48. Гордиенко В.И., Исследование предпробойной проводимости и пробоя между электродами в вакууме при постоянном напряжении, дис.на соиск. уч. ст. к.ф.-м.н., Физико-технический ин-т, АН УССР, Харьков, 1965.

49. Hauly R.A., Characteristic of electron emission curves, Nature, 198, 1962, p.56.

50. Потсар А.А., Тюрин И.П., Автоэлектронная эмиссия при низких давлениях водорода, ЖТФ, т.46, в 5, 1976, с. 1073.

51. Powel Н.Р., Chatterton Р.А., Prebreakdown conduction between insulat electrodes, Vacuum, v 20, № 10, 1970, p.419.

52. Benette C., Sfrayer R., Cooper E., Investigation of the prebreakdown gap currents between clean and cesium coated tungsten electrodes, AIAA Journal, v 3, № 2, 1965, p.284.

53. Шульман A.P., Фридрихов С.А., Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела, Наука, 1977.

54. Bemheim М., Ting-diWu, Negative ion desoption during election impact on water adsorbed layers, Материалы 10-ой Всесоюзной конференции, "Взаимодействие ионов с поверхностью", Москва (Звенигород), 1991, с.207.

55. Тамм И., Блохинцев Д., О работе выхода электродов из металла, ЖЭТФ ,т.З, вып.2, 1933, с.77.

56. Лившиц И.М., Пехар С.И., Таммовские связанные состояния электродов на поверхности кристалла и поверхностные колебания атомов решетки, Успехи физических наук, т.56, в 4, 1955, с.531.

57. Агеев В.Н., Кузнецов Ю.А., Десорбция, стимулированная электронным возбуждением, Проблемы физической электроники, Сб-к научн. трудов Политехнического ин-та, Ленинград, 1987, с. 18.

58. Райзер Ю.П., Физика газового разряда, М., 1992, (2оеиздание).

59. Яценко А.Ф., Кулешова Г.Г., Старовойтова Л.Н., Особенности низкополевой электронной эмиссии, Известия Академии Наук СССР, серия физическая, т.52, № 8, 1981, с.1530.

60. Кан Х.С., Кульварская Б.С., Баранова В.И., Дроздецкая Л.П., Исследование, и изыскание эффективных источников электронов для газоразрядных приборов и практика их применения, Известия Академиии Наук СССР, серия физическая, т.49, №9, с. 1708.

61. Кульварская Б.С., Соболева Н.А., Татаринова Н.В., Композиционные соединения щелочных металлов и новые эффективные источники ионов и электронов, Известия Академии Наук, серия физическая, т.52, № 8, 1988, с. 1509.

62. Кульварская Б.С., Соболева Н.А., Татаринова Н.В., К вопросу о холодной эмиссии пористых катодов, Труды XXI Всесоюзной конф. по эмиссионной электронике, 1990, с.251.

63. Кульварская Б.С., Татаринова Н.В., К вопросу о природе электронной эмиссии с пористых холодных катодов, Радиотехника и электроника, т.37, № 2, 1992, с.362.

64. Boussoukaya М., Curtoni A., Zeitoun-Fakiris, Measurements of current intensities from 10~18A, emitted from niobium samples under high electric fields, Proc.of XVl,h Intern. Symp. on DEIV, M-SPeterburg, Russia, 1994, p.6.

65. Tatarinova N.V., Myradyan F.V., Kaznacheeva G.N., Abnormal characteristics ofprebreakdown currents in vacuum, Proc. Xth Intern. Symp. on DEIV, South Carolina, 1982, p. 120.

66. Татаринова H.В., Мурадян A.B., Казначеева Г.Н., Аномальные характеристики автоэлектронных токов, Тезисы докладов IV Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, Томск, 1982, т. 1, с.34.

67. Татаринова Н.В., Мурадян A.B., Предпробойные токи в вакууме М., Энергоатом из дат, Сб. МИФИ, Физика газоразрядной плазмы, 1984, с. 43.

68. Tatarinova N.V., Myradyan A.V., Prebreakdown current in vacuum, Proc.of XIth Intern. Symp. on DEIV Germany, Berlin, 1984, c.80.

69. Татаринова H.В.,Механизм нарушения электроизоляции при зажигании газового разряда в микропорах поверхности электродов, М., Препринт-МИФИ-076-88, 1988, 24 с.

70. Tatarinova N.V., Mechanism of vacuum isolation damage, Proc. of XIIIth Intern. Symp. on DEIV, France, Paris, 1988, p.79.

71. Татаринова H.B'., Новиков H.E., Соколов B.C., Волков H.В., Воробьев B.JL, Влияние структуры микропор поверхности электродов на характеристики пороэлектронной эмиссии, Радиационно-ускорительный комплекс, сб-к научных трудов МИФИ, 1991, с.68.

72. Татаринова Н.В., Новый вид электронной эмиссии из пористых катодов, Аналитический доклад ВИНИТИ, отдел АиРЭ, 1992, 22 с.

73. Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Соколов B.C., Волков Н.В., Воробьеа В.Л., Эрозионно-эмиссионные процессы, индуцированные плазмой в микропорах поверхности, Известия Академии Наук, серия физическая, т.56, №7, 1982, с.64.

74. Tatarinova N.V., Poroelectron emission induced erosion of materials, Proc. of 40th Holm Conf. on Electrical Contacts, USA, Chicago, 1994, p.59.

75. Паетов H., Новая форма автоэлектронной эмиссии при очень низких давлениях на металлических поверхностях с напыленным на них изолирующим материалом, Zeitschrift fur Phys., 117В, 1941, z.5.

76. Научно-технический отчет 71-3-15, №74060336-Б365327, Исследование электрической прочности электровакуумных приборов, Москва, МИФИ, ЭФУ,1974.

77. Научно-технический отчет 75-3-15, №75904146-Б498470, "Исследование электрической прочности электровакуумных приборов", Москва, МИФИ, ЭФУ,1975.

78. Kurnaev V.A., Tatarinova N.V., Poroelectron emission induced erosion of PF materials, Proc. of 11th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Japan, 1984, p.PC-46.

79. Kumaev V.A., Tatarinova N.V., Erosion of PFC materials induced by poroelectron emission, Joum.of nuclear materials, 220-222, 1995, p.939.

80. Tatarinova N.V., A new kind of vacuum isolation damage, Proc. Of XIV Intern. Symp.on DEIV, USA, 1990, p. 383.

81. Poshehonova T.A., Nosov A.A., Gennadyev V.M., Ovsyannikov N.P., Nosova D.I., High current field emission whisker cathode, Proc. of VIIth Intern. Symp. on DEIV, USSR, Novosibirsk, 1976, p 200, 1985, p. 129.

82. Симонов К.Г., Электронные пушки, M, Радио и связь, 1985, с. 129.

83. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Шажин П.М., Электронные пучки большого сечения, Энергоатомиздат, 1984.

84. Бондаренко Б., Кириченко К., Коновалов Г. и др., Исследование металлических фольг и пленок и механические прочности микронеоднородностей на поверхности, Труды XVI Всес. конф. по эмиссионной электронике, Махачкала, 1976, с.25.

85. Высоцкий С.А., Павлычек Ю.Ф., Першин В.И., Исследование влияния высоты диэлектрических элементов десорбционных катодов на их эмиссионные характеристики, Препринт ИТЭФ- 90/17.

86. Афанасьев В.А., Булычев Н.И., Киселева Т.В. и др., Нитевидные автоэмиссионные катоды, Тезисы докл. XXI Всес. конф. по эмиссионной электронике, т. 1, Ленинград, 1990, с.285.

87. Ильин В.Н., Кузмич К.В., Погорелова Г.И. и др,. Пушка с автокатодом из пирографита, Тезисы докладов XXI Всес. конф. по эмиссионной электронике, т.1, Ленинград, 1990, с.287.

88. Татаринова Н.В., Холодный эмиттер электронов для вакуумных приборов и способ его изготовления, а.с. №1355028 от 5.03.1986.

89. Татаринова Н.В., Соколов B.C., Курнаев В.А., Новиков Н.Е., Волков Н.В., Холодный эмиттер для вакуумных приборов, патент (№2075129).

90. Отчет по теме 94-3-021-633 Разработка катода на основе нового вида эмиссии (пороэлектронной) для приборов больших площадей, госрегистрация-№01940008369, 1994 (финансирование фондом "Интеллектуальная собственность-центр изобретений Высшей школы России).

91. Казначеева Г.Н., Мурадян А.В., Татаринова Н.В., Способ индикации напыленных металлических пленок, а.с. №1177657, 8.07.1993, Бюл.№33, 07.07.1985.

92. Отчет о научно-техническом сотру дничестве между МИФИ и НИИЭФА им.Ефремова, №145-84-РУЛ, МИФИ, 1986.

93. Татаринова И. В., Способ исследования микроструктуры поверхности, а.с.№1589146 от 10.07.1987 ,Бюл.№32, 30.08.90.

94. Татаринова Н.В., Мурадян А.В., Способ измерения количества газа, поглощенного геттером, а.с. №1109822, 7.04.1993, Бюл. №31, 23.08.1984.

95. Латам Р., Браун Е., Наблюдение с помощью электронного микроскопа за выступами, образующимися на катоде в предпробойных условиях, British J. Appl. Phys., D.l, №12, 1968, p.1731-1735.

96. Latham R.V., Braun E., On the mechanism of prebreakdown cathode microcratering, Proc. of IV ,h Intern. Symp. on DEIV, Canada, 1970, p.23-27.

97. Сох B.M., Wiliams W.T., Anomalous field emission sites on polished electrodes, Proc. of VIIth Intern. Symp. on DEIV, USSR, 1976, p. 176-180.

98. Железняков Ф.Г., Берсенев Я.Т., О механизме подавления электронной нагрузки в ускорительных трубках при повышении остаточного давления, Препринт Д-0175, НИИЭФА, Ленинград, 1973.

99. Железняков Ф.Г., О механизме эмиссионных процессов, вызывающих проводимость вакуумной изоляции, Преприт Д-0242, НИИЭФА, Ленинград, 1975.

100. Железняков Ф.Г., Лысов А.В., О механизме развития проводимости вакуумной изоляции ускорительных трубок, Препринт Д-ОЗЗЗ, НИИЭФА, Ленинград, 1977.

101. Железняков Ф.Г., О влиянии микрорельефа поверхности электродов на изоляционные свойства вакуумных промежутков, Препринт П-Д-0423, НИИЭФА, Ленинград, 1979.

102. Ю.Железняков Ф.Г., О механизме поджига высоковольтного рязряда в ускорительных трубках высоковольтных ускорителей, Препринт-Д- 0591, НИИЭФА, Ленинград, 1983.

103. Ш.Железняков Ф.Г., О механизме эмиссионных процессов, вызывающих проводимость вакуумной изоляции, ЖТФ, т.48, вып.6, 1978, 1224.

104. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В., Эмиссионная электроника, М., Наука, 1966. ,

105. ПЗ.Сливков И.Н., Разряды в газах, десорбированные с поверхности изоляторов, Препринт 9109, Московский Радиотехнический институт, 1991.

106. Кассиров Г.М., Изоляционные свойства технического вакуума при мегавольтном уровне напряжений, автореферат дис. на соиск. уч. ст. д.т.н., Политехнический институт (НИИ Высоких напряжений), Томск, 1989.

107. Athwal C.S., Latham R.V., A micropoint probe technique for indentifying field-emitting sites of broad- area high voltage electrodes, Proc. of IX th Intern. Symp. on DEIV, Holland, 1980, p.46-49.

108. Athwal C.S., Bayliss K.H., Calder R., Latham R.V., Field-induced electron emission from artificially produces carbon sites on broad area copper and niobium elecfrodes, Proc. of XIth Intern. Symp. on DEIV, Germany, 1984, p.77-80.

109. Athwal C.S., Latham R.V., The effect of the applied field on the energy spectra of electrons field emitted on the microscopic sites on broad-area copper electrodes, Proc. of IXth Intern. Symp. on DEIV, 1990, p. 189-195.

110. Bajic S., Abbot A.M., Latham R.V., The influence gap voltage temperature and gas spectra of the «gas conditioning of high voltage electrodes», Proc. of XIIIth Intern. Symp. on DEIV, France, 1988, p.8-12.

111. Latham R.V., High voltage vacuum insulation, the physical basis, Academic Press London, 1981.

112. Latham R.V., The influence of preparation and processing procedures on the prebreakdown characteristics of high electrodes, Proc. of XIVth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990, p.8-13.

113. Archer A.D., Latham R.V., A comparison of the effects of bulk and surface heating on prebreakdown electron emission processes, Proc. of XIVth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990, p.43-46.

114. Xu N.S., Latham R.V., A real-time optical study of d.c. and pulsed-fleld breakdown events in high voltage vacuum insulation gaps, Proc. of XVIth Intern. Symp. on DEIV, Russia, 1994, p.60-63.

115. Latham R.V., Braun E., On the mechanism of prebreakdown cathode microcratering, Proc. of Ivth Intern. Symp. on DEIV, Canada, 1970, p. 23-30.

116. Cook S., Latham R.V., Microscopic surface processes with the bouncing impact of charged microparticles on high voltage electrodes, Proc. of IXth Intern. Symp. on DEIV, 1980, p. 17-24.

117. Chinelli C., Curtoni, Ionve G., Electron emission from niobium samples for high applied electric fields, Proc. of XVth Intern. Symp. on DEIV, Germany, 1992, p.38-41.

118. Zeitoun-Fakiris A., Ion bombardment of field emitting sites in the prebreakdown state of a vacuum gap, Proc. of the XIVth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990, p.26-32.

119. Научно-технический отчет МИФИ, РУЦ, №4/64, №5/96, №5/732, №5/405, №6/319 за 1972-1976.

120. Татаринова Н.В., Влияние вакуумных условий на характеристики высоковольтного вакуумного промежутка, Линейные ускорители и физика пучков заряженных частиц, М., Энергоатомиздат, сб.МИФИ, 1991, с.68.

121. Hantzsche E., Juttner В., Current density in arc sport, Proc. of XIth Intern. Symp. on DEIV, Germany, 1984, p. 101-106.

122. Клярфельд Б.H., Покровская-Соболева A.C., Дуговой разряд в вакууме с высоким напряжением горения, ЖТФ, x.XL, №1, 1970, с. 155.

123. Сливков И.Н., Возникновение вакуумного электрического пробоя в присутствии микроразрядов, ЖТФ, №5, 1968, с.884-887.

124. Сливков И.Н., О механизме вакуумного пробоя между плоскими электродами при самопроизвольном токе, ЖТФ, т.38, №12, с.2094.

125. Арнал Р., Микроразряды в динамическом вакууме, Annal de Phys., v. 10, 1935, р.ЗЮ.

126. Герасименко В.И., К теории микроразрядов в межэлектродных промежутках, ЖТФ, XXXVIII, №1, 1968, с. 155-162.

127. Eastham D.A., Thorn R., Microdischarges in d.c. accelerator tubes, Proc. of VIIIth Intern. Symp. on DEIV, New Mexico, 1978, D81-D87.

128. Варрен P., Труды конференции по разрядам с полым катодом и их применение, France, Orsen, 1971, с. 1-15.

129. Татаринова Н.В., Характеристики вакуумной изоляции с пленочным напыленным электродом, Физика газоразрядной плазмы,сб. статей МИФИ, М., Энергоатомиздат, 1964, с.67.

130. Hurley R.E., Influence conditions on prebreak-down current, Vacuum, V 19, 1969, p. 405.

131. Гамарский В.П., Гонтарев Г.Г., Жучков A.A., Хмара В.А., Яшнов Ю.М., Новое свойство поверхности металла, бомбардируемого потоком электронов, Электронная промышленность, 1978, вып. 1, с.22-28.

132. Хмара В.А., Яшнов Ю.М., Высокотемпераутрные процессы на поверхности анодных систем СВЧ ЭВПП, Тезисы докладов 9-ой Всес. конф. по электронике СВЧ, т. 1, Киев, 1978, с.39.

133. Розанова Н.Б., Грановкий В.Л., Явления на электродах при мощном электрическом пробое в высоком вакуумеЯзв. Акад. Наук СССР, серия физическая, в.20, №10, 1956, с. 1163.

134. Дубинин Н.П., Исследование электрического пробоя вакуума при контроле поверхностей электродов и их обработке тлеющим разрядом с полым катодом в инертном газе, дис. на соиск. уч. ст. к.ф.-м.н., Москва, МИФИ, 1983.

135. Beukem G.P., Electric breakdown proporties of stainless stiel and titanium electrodes in ultrahigh vacuum, Phys. 103C, 1981, p.397.

136. Yen Y.T., Tuna D.T., Davies D.K., Emission of electrode vapor resonance radiation of the onset of impulsive breakdown in vacuum, I.Appl.Phys, v.55, №9, 1989, p.3301-3307.

137. Талонов В.А., Нечаев B.E., Теряев В.Г., Исследование электрической прочности большого вакуумного промежутка с анодной сеткой, ЖТФ, т.47, №2, 1970, с.410.

138. Баранчиков Е.И., Гордеев А.В., Королев В.Д. и др., Магнитная изоляция вакуумных линий , ЖТФ, т.46, в.5, 1976, с. 1069-1071.

139. Татаринова Н.В., Влияние объема и конфигурации вакуумного промежутка на напряжение пробоя вакуума, ЖТФ, t.LI, 1981, с. 1315-1317.

140. Cheshire М., Cover R., Hobbins L., Wire grid electrodes in eletrostatic separators,

141. Proc.of 11^ Conf. Higt voltoge insulation on vacuum, London, 1971, p.36.

142. Кассиров Г.М., Секисов Ф.Г., Импульсные предпробойные явления в сантиметровых промежутках, ЖТФ, т.53, в.7, с. 1279.

143. Boyle W.S., Kisliuk P., Germer L.H., Electrical breakdown in vacuum, J.of Appl. Phys., v.26, № 6, 1955, p.720.

144. Granberg L., J.Appl. Phys. ,23, 518, 1952.

145. Texier C., Impact of low speed microparticles on a target in a small electric fields, Proc. of VII Intern. Symp. on DEIV, Novosibirsk, 1976, p.92.

146. Jutter В., Prebreakdown current extended nickel surface, Preprint of Inst of Physica, Berlin, 1967.156.0smokravic P., A contribution to the researches of vacuum electrical breakdownthmechanism, Proc. of XIV Intern. Symp. on DEIV, p.59-61.

147. Tatarinova N.V., Processes in surface layer micropores of high voltage electrodes and vacuum electroinsulation, Proc. of XVth Intern. Symp. on DEIV, Darmstadt, 1992, p.761.

148. Tatarinova N.V., Grigoriev Yu. V., Total voltage effect and electrode porosity, Proc.

149. XVIth Intern. Symp. on DEIV, Russia, 1994, p.49-52. \

150. Tatarinova N.V., Grigoriev Yu. V., The total voltage current effect for porous electrodes, IEEE. Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, V.2, № 2, April, 1995, p.247.

151. Хамидов M., Электрический разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в вакууме, Из-во РАН, Ташкент, 1985.

152. Anderson R.A., Surface flashover three decay of controversy, Proc. of XIVth Intern. Symp. on DEIV, Santa-Fe, USA, 1990, p.311-317.

153. Miller H., Graing, Flashover of insulation in vacuum: a technique to improve the hold of/ voltage, Proc. of XVth Intern. Symp. on DEIV, Darmstadt, Germany, 1992, p. 165173; Proc. of XIIIth Intern. Symp.on DEIV, Paris, 1988, p.233-240.

154. Tymizan, Shinichi, Robayashi, Hiroshi, Imada, In the charge distribution measurement of aluminia insulator surface after impulse voltage application in vacuum, Proc. of XVI th Intern. Symp. on DEIV, M-SPetersburg, 1994, p.628-631.

155. Авдиенко А.А., Лысенко А.П., Поверхностный пробой изоляторов в вакууме на наносекундных импульсах, Препринт 81-706, Ин-т Ядерной Физики СО АН СССР, Новосибирск, 1970.

156. Вассерман С.Б., Казарезов И.В., Похлебкин Е.И., Широков В.В., Керамическая ускорительная трубка усовершенствованной конструкции, ПТЭ, №5, 1976, с.27-29.

157. Солодовников А.П., Разработка новых методов изготовления секционированных изоляторов для электрофизических установок и исследование электрической прочности их элементов, дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., Москва, 1979.

158. Hawley R., Solid insulation in vacuum, v. 18, № 7, 1968, p.383.

159. Черепин H.B. ,Вакуумные свойства материалов для электронных приборов, М., 1966.

160. Grishutin G.S.,Zhurtov V.M., Pokrovskaya-Soboleva A.S., Shapiro A.A., Shevchukov A. A., Influence of hydrocarbon compounds out the electrode on the electrical strength of insulator, Proc. of XIth Intern. Symp. on DEIV, Berlin, 1984, p. 347-349.

161. Tatarinova N.V., Another cause of vacuum insulation electrical strength decrease following the bakeout of metal-insulation electrode system,

162. Proc. of XVI,h Intern.Symp.on DEIV, Russia, 1994, p. 45-48.

163. Tatarinova N.V., Poro-electron emission from metal-dielectric contact, Proc. of XIV11' Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990, p. 381.

164. Stangeby P.C., Mc. Cracken G.M., Joum. of Nuclear Fusion, 30, 1990, 122.

165. Лебедев С.В., Явления, связанные с электронной эмиссией "взрывающихся проволок" в стадии плавления, Теплофизика высоких температур СССР, т. 8, № 2, 1970, с. 252-259.

166. Татаринова Н.В., Нарушение закона Пашена под влиянием процессов в порах электродов, Тезисы докладов VIIIой конференции по физике газового разряда, Рязань, 1996, с.84.

167. Королев Ю.Д., Месяц Г.А., Автоэмиссилнные и взрывные процессы в газовом разряде, Новосибирск, Наука, 1982.

168. Бортник И.М., Кук Ч.М., Характеристики зажигания разряда в шестифосфорной сере при сверхвысоких напряжениях. О некоторых процессах, предшествующих пробою газа при высоких давлениях, ЖТФ, т. 12, №12, 1972, ЖТФ, т.48, №2, 1978.

169. Чаттертон Р.А., Заострение и притупление выступов на электродах с помощью положительных ионов газа, Proc. of Vth Intern. Symp. on DEIV, Poland, 1972, p. 179184.

170. Owen W.D., Electrical breakdown of vacuum, Proc. of XVth Intern. Symp. on DEIV, Germany, 1992, p.30-36.

171. Hawley R., Zaky Zein Eldin, Insolation of higt vacuum, Proc. IEEE, v. 112, №6, 1965, p. 1237.

172. Shinichi Kobayashi, Yasuyuki Hashimoto, Yoshio Saito, Vacuum breakdown properties of oxygen-free copper electrodes machined by diamond for mirror finish, Proc. of XVIth Intern. Symp. on DEIV, Russia, 1994, p. 17-20.

173. Kobayashi S., Saito Y., Nagai Y., Yamamoto, Vacuum breakdown strength of vacuumthdegassed oxygen free copper electrodes, Proc. of XV Intern. Symp. on DEIV, Germany, 1992, p. 80-84.

174. Власов В.А., Гаврилова P.К., Гаврилов H.M., Татаринова Н.В., Вопросы атомной науки и техники, серия техника физического эксперимента, вып. 2 (14), с. 60, Труды Харьковского физико-технического института, 1983, с. 60.

175. Latham V.R., The influence of preparation of processing procedures on the prebreakdown characteristics of H.V. electrodes, Proc. of XIVth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990.

176. Padamsee H., The technology of Nb production and purification, Proc. of 2th Workshop on RE superconductivity, 1984, p. 339-376.

177. Лоу Г.А., Вранг В.А., Полевая эмиссия и СВЧ-пробой в медных структурах ЛУЭ, Труды XIV Межд. конф. по ускорителям высоких энергий, Япония, 1989, с. 22-26.

178. Jedynak L., Vacuum insulating of higt voltage utilizing dielectric coated electrodes, J. Appl. Phys., v. 35, N 6, 1964, p. 1727-1733.

179. Bolin P.C., Trump J.G., Insulation vacuum gaps with dielectric cathode surface, Proc. of IIIth Intern. Symp. on DEIV, France, 1968, p.50-53.

180. Juttner, Destruction and production of field emitters on extended metal surfaces, Beitr. Plasma, Phys. 10, 1970, p.383-396.

181. Kobayaski S., Hizatzuka N., Electrode surface conditions after hundres of vacuum breakdown, Proc. of XIVth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990, p. 39-42.

182. Kobayaski S., Daxiang S., Satio Y., The influence of thin film coating prepared by ion beam sputtering technique on the conditioning effect of vacuum gaps., Proc. of XIVth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1990, p. 77.

183. Cheshire MCover R., Hobbins L., Wire grid electrodes in electrostatic separators, Proc. of I Conf. on Vacuum insulation, London, 1971, p. 36-40.

184. Татаринова Н.В., Новиков Н.Е., Высоковольтный вакуумный прибор, патент №2054729.

185. Emelyanov A.A., The emission of cathode surface field emission parameters from the experiments of vacuum breakdown delay time, Proc. of XVIIth Intern. Symp. on DEIV, USA, 1996, p. 32.