Эктонная теория вакуумного разряда

Проблема корректного описания физических явлений в вакуумном разряде, лежащая на стыке физики плазмы, физики твердого тела и эмиссионной электроники, представляет не только научный интерес, но и имеет важное практическое значение, обусловленное широким технологическим использованием вакуумного разряда. Отсутствие ясных представлений о физике процессов в электрическом разряде часто становится причиной того, что поиск оптимальных инженерных решений ведется бессистемно и сопровождается значительными затратами времени и средств.

Убедительного теоретического описания дугового разряда, которое бы объясняло все экспериментальные результаты, нет. В предложенной теории впервые описание всех трех стадий разряда в вакууме (пробой, искра и дуга) даны с единых физических позиций. Показано, как эти стадии совершенно естественным образом переходят одна в другую, завершаясь вакуумной дугой. Эти позиции основываются на признании фундаментальной роли микровзрывов участков катода, которые приводят к взрывной эмиссии электронов (ВЭЭ). Так как взрывной процесс длится сравнительно коротко, то испускание электронов в течение ВЭЭ идет отдельными порциями, которые мы назвали эктонами (от первых букв слов Explosive Centre). Появление каждого эктона сопровождается разрушением участка поверхности катода, который затем превращается в кратер, появлением жидкого металла в виде струй и капель, струй плазмы и т.д. (см. рис. 1.) Одной из главных причин возникновения микровзрывов является джоулев разогрев микроучастков катода током большой плотности. Все эти процессы составляют основы рассматриваемой нами концепции вакуумного разряда. В рамках этого механизма все три стадии вакуумного разряда находят свое естественное физическое объяснение. Пробой и процессы, которые называют предвзрывными - это процесс концентрирования энергии в микрообъеме поверхности катода. Как только удельная энергия, накопленная в этом микрообъеме, будет превосходить некоторую предельную величину, то начинается взрыв и стадия пробоя завершается. Начало взрыва и появление ВЭЭ - это начало искровой стадии. Сама искровая стадия сопровождается постоянным возобновлением микровзрывов, которые инициируются плазмой и струями жидкого металла от предыдущих микровзрывов. Искровая стадия естественным образом переходит в дуговую после перемыкания катодной и анодной плазмы и уменьшения скорости роста тока.

Рис. 1. След вакуумной дуги на катоде при движении катодного пятна во внешнем магнитном поле.