Импульсный пробой при острийном катоде

Автоэлектронная эмиссия играет решающую роль в возникновении пробоя между электродами в вакууме. В связи с этим ниболее показательным является анализ электрического пробоя в вакууме, когда катод  классический острийный автоэлектронный эмиттер. Установлено, что переходу к пробою предшествует самопроизвольный рост эмиссионного тока в течение импульса напряжения. При постепенном увеличении амплитуды напряжения прямоугольные импульсы автоэлектронного тока деформировались в нарастающие. Это явление можно было воспроизводить многократно в одном опыте. Но стоило повысить напряжение еще примерно на 1%, как неминуемо происходил пробой, при этом ток возрастал более чем на два порядка (до 50-100 А) за время, которое было оценено как 5× 10^-8 с. Для всех исследованных острий, имевших разные радиусы вершины и различную конусность, с большой точностью выполнялось одинаковое условие: пробой наступал при достижении плотности автоэмиссионного тока в пределах j _пр = (4 -7)10⁷ А/см², что соответствовало напряженности электрического поля на вершине эмиттера Е = (6.5 -7)10⁷ В/см. Следствием пробоя было оплавление вершины эмиттера, приводящее к увеличению его радиуса почти на два порядка.

Характерные вольт-амперные характеристики представлены на рис 2.1Анализ циллограмм позволил выделить четыре характерные фазы процесса (рис. 2.3, а). I  предпробойная (автоэмиссионная фаза)  достаточно хорошо исследована ранее в микросекундном диапазоне. II  фаза перехода  связана со взрывным разрушением эмиттера. В этой фазе ток резко возрастает в течение (1 5)× 10^-8 с со скоростью di/dt = 5× 10⁷ 10⁸ А/с. Вслед за этим нарастанием тока обнаружена фаза III, в которой скорость роста тока на порядок меньше: 5× 10⁶ -10⁷ А/с. Продолжительность этой стадии колеблется в пределах 2× 10^-8 10^-7 с. Далее следует фаза IV с несколько большей, чем в фазе III, скоростью роста тока. В режиме с перенапряжением характер нарастания тока существенно изменяется (рис. 2.3, д). Видно, что такого четкого разделения по стадиям, как указано выше, сделать не удается. Можно полагать, что длительность стадий I и III резко сокращается, а фаза II непосредственно сливается с фазой IV.

Рис.2.1 Осциллограммы тока пробоя

Было установлено что время запаздывания разрушения автоэмиттера зависит от напряженности поля и, как следствие, плотности тока. Было установлено что произведение квадрата плотности тока на время запаздывания равно константе

j ² t _з = Const₁ (2.1)

Из исследований взрыва проводников известно, что

, (2.2)

где величина называется удельным действием. Величина зависит от сорта металла и слабо зависит от плотности тока. Поэтому в определенном диапазоне плотностей тока эту величину можно считать неизменной, которая зависит только от сорта металла После того начинается искровая стадия, которая обусловлена взрывной эмиссией электронов.