Способ зажигания вакуумной дуги"

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКО СВИДВТИЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистическин

Республик (11) 550943 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено18.08.75 (21) 2166629/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

2 (51) М. Кл.

Н01 Х 37/00

Гасударственай немнтет

Сеаета Мнннетреа СССР ае делам нэебретеннй в аткрмтнй (53) УДК 621.387. (333 (088.8), (43) О публиковано25.08.78.Бюллетень № 31 (45) Дата опубликования описания 05.07.78 (72) Авторы изобретения

И. И. Аксенов, В. А. Белоус, В. Г. Падалка и А. А. Романов (73) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАЖИГАНИЯ ВАКУУМНОЙ ДУГИ

Изобретение относится к способам за.жигания вакуумной дуги в ионных приборах с твердым холодным катодом для коммутапии больших импульсных токов, в электродуговых испарителях металлов, в ясточниках металлической плазмы.

Известны способы зажигания вакуумfoO дуги, основанные на возбуждении ay-. ги путем пробоя вспомогательного искро- вого промежутка,с диэлектриком или разрывом контакта между катодом и вспомо-. гательным электродом 11). Известные способы не обеспечивают той надежности и долговечности, которые требуются от поджигакнпих устройств. Это обьясняется тем, что для реализации известных способов поджигакнпие устройства необходимо располагать непосредственно на рабсьчей поверхности катода, где они подверга ются сильному разрушительному действию мощной импульсной нли стационарной дуги. Известны бесконтактные способы эа жигания дуги; эаключакнпнеся в том, что на рабочую поверхность катода направляют из инжектора струю достаточно плотной плазмы (21.

Однако прн таком способе необходимо ориентировать инжектор таким образом, что epo BblxoA o6pBH1Beтся B сторону рабочей поверхности катода, что>в свою оче репа, ведет к тому, что в условиях ста ционарного дугового разряда . изоляторы и выходное отверстие инжектора быстро за растают конденсирукнцимся металлом катода. В результате работа инжектора и, следовательно, зажигание дуги становятся ненадежными.

Известны способы зажигания вакуумной дуги, в которых возбуждение катодного пятна производят подачей плазменой струи на нерабочую поверхность катода и зажигают стартовую дугу между этой поверхностью и электродом поджига с последукипим йереводом разряда в рабочий промежуток за счет ускорения плазмы в стадии горения стартовой дуги $3), Этот способ находит применение в им пульсных ускорителях плазмы с высоким напряжением на аноде и жидкометалличео

550О ким,. либо легко испчряюшимся катодом.

Что же касается устройств с катодами из твердых и тугоплавких металлов в условиях, когда напряжение на аноде в момент зажигания невелико (порядка нес кольких десятков вольт, это -характерно для алектродуговых испарителей и стационарных источников металлической плазмы),: то в этом случае зажечь дугу данным способом практически невозможно.

Для стабильного возбуждения катодно го пятна в таких условиях анергия плазменных сгустков должна быть столь велика (порядка килойжоуля),;что уже формирование самих сгустков превращается в самостоятельную достаточно сложчую проб лему.

С целью повышения надежности зажигания вакуумной дуги с помощью плазм6н ной струи при использовании катодов из твердых тугоплавких.металлов ток стартовой дуги увеличивают до уровня, превышающего рабочий ток дуги, и налагают внешнее магнитчое цоле для перемещения катодного пятна на рабочую поверхность катода.

Плазменную струю направляют на нерабочую поверхность катода, у которой предварительно создают электрическое поле с напряженностью, превышающей напряженность поля у рабочей поверхности, Возбужденное таким образом катодное пятно с помощью магнитного поля перемещают на рабочую поверхность катода.

На время указанного перемещения ток пятна увеличивают до уровня, превышающего рабочий ток дуги.

,Инициирование катодного пятна плазменны сгустком происходит с тем большей вероятностью, чем выше напряженность электрического йоля в разрядном проме- 4„ жутке. То,. напряженности, которая существует в испарителях при больших межэлеки родных расстояниях и низких напряиени ях источника питания (десятки вольт), оказывается педостаточно для устойчивого зажигания пятна пчазменным сгустком обычным способом. Местное усиление по ля беэ изменения условий в основном разрядном промежутке можно получить, например, с помощью специального алект 5О рода, находящегося под потенциалом анода, но расположенного на гораздо более близком расстоянии, чем анод (1-2 мм).

Размешать атот электрод целесообразно за пределами рабочей поверхности ка g тода, ато позволяет ориентировать плазменный инжектор так, что на него не попадает материал ародирующего катода. ,Организованные таким образом условия ф 3

4 обеспечивают достаточно большую вероятность возбуждения катодного пятна при умеренных энергиях плазменных сгустков.

Однако для зажигания разряда между катодом и анодом необходимо пятно переместить на рабочую поверхность катода с помощью внешнего магнитного поля, Для того, чтобы в процессе перемещения катодное пятно в силу своей природной неустойчивости не погасло, в атот период необходимо ток через него увеличить до уровня, превышающего (желательно в несколько раз) минимальное значение тока устойчивого горения дуги, характерного для данного материала катода, что можно сделать> например, с помощью конденсатора, заряжаемого предварительно от источника питания.

При увеличении тока через катодное пятно происходит также ускорение процеоса перемещения пятна на рабочую поверхность за счет его дробления. Образовавшиеся в результате дробления вторичные пятна отталкиваются одно от другого, при этом часть из них неизбежно попадает на рабочую поверхность катода и служит инициируюшим началом для основного дугового разряда.

На катодах из,меди, титана и молибдена в опытном устройстве, сконструиро-. ванном с учетом изложенных принципов, дуга надежно зажигается при затратах анергии на формирование поджигающего плазменного сгустка, равных примерно

30 Дж, в то время- как зажечь дугу обычным способом в тех же условиях не уда ется game при анергиях сгустка 12001500 Дж, при атом алектрическое поле, усиленное с помощью дополнительного алектрода в области, охватывающей рабочую поверхность катода по примеру, сос тавляет м 400 В/см, ток через пятно в период е о дрейфа от места инициирова» ния к рабочей поверхности равняется

8ОО-1500 А при напряжении на аноде

65 В и рабочем токе дуги 130 А.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет при сравнительно небольших энергетических затратах на формирование плазменного сгустка зажигать дугу в вакууме на твердых катодах, в том числе и на катодах иэ тугоплавких металлов в условиях :низкого напряжения питания дугй. формула изобретении

Способ зажигания вакуумной дуги пу тем возбуждении катодного пятна подачей плазменной струи на нерабочую поверхность катода и зажигания стартовой ауS5O9 ги между нерабочей поверхностью катода и электродом поджига, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности зажигания, ток стартовой дуги увеличивают до уровня, превышающего рабочий ток дуги, и налагают внешнее магнитное поле для перемещения катодного пятна на рабочую поверхность катода, Источники информации, принятые во внимание при акспертизе:

1. Кесаев И. Г. Катодные процессы алектрической дуги, М., Наука", 1968.

43

2. Беляев В. Б. и др. Возбуждение катодного пятна на ртутном электроде концентрированной плазмой, "Электронная техника, серия 3, вып. 2 (18), с. 45-51, 1970.

3. Лесневский Л. H. и др. Влияние расположения источников плазмы на распределение магнитных полей и токов в канале ускорителя, Материалы 2-й Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям., Минск, с. 4.1-42, 1974.

Составитель B. Обухов

Редактор Е. Месропова Текред А. Алатырев Корректор 4. Веселовская

Заказ 4413/1 Гра 960 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4