О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах
Показано, что капли выбрасываемые из разрядной ячейки при ее вскипании (взрыве), обеспечивают гомогенное распределение ионов в прикатодном пространстве и тем самым способствуют организации давления плазмы на поверхность разрядной ячейки....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90706 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах / Павлов, В.С. // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 47-48. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90706 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-907062025-02-23T19:00:29Z О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах Про тиск плазми при вакуумно-дуговому розряді на металах On plasma pressure of vacuum-arc discharge on metal Павлов, В.С. Чистые материалы и вакуумные технологии Показано, что капли выбрасываемые из разрядной ячейки при ее вскипании (взрыве), обеспечивают гомогенное распределение ионов в прикатодном пространстве и тем самым способствуют организации давления плазмы на поверхность разрядной ячейки. Показано про краплі, які викидаються з розрядної комірки при її википанні ("вибухові"), забезпечують гомогенний розподіл іонів у при катодній частині та тим самим сприяють організації тиску плазми на поверхню метала у розрядній комірці. At is demonstrated that the droplets ejected from the dischsrge cell during its ebullition provide a homogeneons ion distribution in the cathode theceby serving to organizette plasma pressure on the metal surface in the discharge cell. 2009 Article О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах / Павлов, В.С. // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 47-48. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90706 537.525.3 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Чистые материалы и вакуумные технологии Чистые материалы и вакуумные технологии |
| spellingShingle |
Чистые материалы и вакуумные технологии Чистые материалы и вакуумные технологии Павлов, В.С. О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Показано, что капли выбрасываемые из разрядной ячейки при ее вскипании (взрыве), обеспечивают
гомогенное распределение ионов в прикатодном пространстве и тем самым способствуют организации
давления плазмы на поверхность разрядной ячейки. |
| format |
Article |
| author |
Павлов, В.С. |
| author_facet |
Павлов, В.С. |
| author_sort |
Павлов, В.С. |
| title |
О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах |
| title_short |
О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах |
| title_full |
О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах |
| title_fullStr |
О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах |
| title_full_unstemmed |
О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах |
| title_sort |
о давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90706 |
| citation_txt |
О давлении плазмы при вакуумно-дуговом разряде на металлах / Павлов, В.С. // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 47-48. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT pavlovvs odavleniiplazmyprivakuumnodugovomrazrâdenametallah AT pavlovvs protiskplazmiprivakuumnodugovomurozrâdínametalah AT pavlovvs onplasmapressureofvacuumarcdischargeonmetal |
| first_indexed |
2025-11-24T14:24:45Z |
| last_indexed |
2025-11-24T14:24:45Z |
| _version_ |
1849682072383258624 |
| fulltext |
УДК 537.525.3
О ДАВЛЕНИИ ПЛАЗМЫ ПРИ ВАКУУМНО-ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ
НА МЕТАЛЛАХ
В.С. Павлов
Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт",
Харьков, Украина
Показано, что капли выбрасываемые из разрядной ячейки при ее вскипании (взрыве), обеспечивают
гомогенное распределение ионов в прикатодном пространстве и тем самым способствуют организации
давления плазмы на поверхность разрядной ячейки.
В работах, посвященных самостоятельному
дуговому разряду на металлах, указывается, что на
поверхность металла в разрядной ячейке
оказывается давление плазмы значительной
величины (для меди ∼105Торр [1,2]).
По мнению автора работы [1], давление плазмы
обусловлено ионами, бомбардирующими
поверхность металла в разрядной ячейке,
изначально изотропно распределенными в зоне
разряда. Однако, каким образом осуществляется это
изотропное распределение, – автор не указывает.
Согласно представлениям, изложенным в работе
[3], давление плазмы осуществляется ионами,
ускоренными из области катодных пятен
электронным ветром, обусловленным
"существованием" бугра потенциала 20…30 В в
прикатодной области. Каким образом в
прикатодной области возникает градиент
электронов, создающий эту разность потенциалов,
автор не указывает.
В данной работе сделана попытка показать
процесс организации давления плазмы на
поверхность металла в разрядной ячейке на примере
разряда на медном катоде.
Нами ранее рассматривалась эволюция
самостоятельного дугового разряда на медном
катоде [2]. Параметры разряда при условии
соблюдения минимального положительного баланса
энергии в разрядной ячейке приведены в таблице.
Время функционирования разрядной ячейки взято
1⋅10-8 с [1].
Параметры самостоятельного дугового разряда на медном катоде (в разрядной ячейке)
Плотность тока, А⋅см-2 2⋅107
Радиус разрядной ячейки, 104 см 1,6
Температура меди в ячейке, К 4530
Плотность потока испаряющихся атомов, см-2·с-1 1,1⋅1025
Толщина граничного слоя между ячейкой и твердой медью, см 1⋅10-4
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 47-48. 47
Под действием бомбардирующих ионов
температура в поверхностном слое металла в
разрядной ячейке повышается и наступает
выравнивание давления бомбардирующих ионов
(3,3⋅105 Торр) и давление пара меди в
поверхностном слое (3,5⋅105 Торр) [2]. Металл в
поверхностном слое вскипает, стационарность
разряда резко падает и, как следствие этого,
давление ионов тоже уменьшается. Металл в
разрядной ячейке под действием собственных
паров бурно вскипает ("взрывается"), выбрасывая
несколько жидких капель. Скорость выброса
капель составляет ∼ 0,7⋅104 см⋅с-1 [2]. Если
предположить, что время выброса капель
составляет 1⋅10-8 с, тогда капли диаметром 0,6 мкм,
выброшенные из верхних слоев меди в разрядной
ячейке, окажутся над поверхностью металла в
разрядной ячейке на расстоянии 0,1 мкм. В момент
выброса капель разряд прекращается. Возникает
вопрос, сколько капель диаметром 0,6 мкм может
быть выброшено из разрядной ячейки? Так как мы
рассматриваем самостоятельный дуговой разряд,
то все процессы, происходящие после "взрыва"
разрядной ячейки, должны восстановить
параметры ее функционирования. В процессе
выброса капель из разрядной ячейки в нее
поступает металл из переходной зоны по массе,
равной массе выброшенных капель. Температуру
металла в переходной зоне возьмем как среднее ее
значений на границе с твердой медью, т.е. 1357 К,
и на границе с разрядной ячейкой (4530 К), т.е.
2944 К. В переходную зону такое же количество
металла поступает из твердого окружения
переходной зоны. Энергию, необходимую для
осуществления всех этих процессов, дает джоулево
тепло после восстановления разряда через ячейку.
Итак, для определения количества выброшенных
капель воспользуемся уравнением теплового
баланса:
)29444530()13572944(2 −+−+= cmcmmRtI λ . (1)
Здесь I – ток через разрядную ячейку, 1,6 А;R –
сопротивление меди в ячейке, 40·Ом см при
4530 К;t - время существования ячейки, 1⋅10-8 с; m -
масса выброшенных капель; c – удельная
теплоемкость меди 5,65 кал⋅моль-1; λ - удельная
теплота плавления, 3120 кал⋅моль-1;
Количество выброшенных капель находим из
уравнения
nVm ⋅⋅= ρ . (2)
Здесь m - масса выброшенных капель; V- объем
одной капли радиусом 0,3⋅10-4 см; ρ - плотность
меди; n – количество капель.
Получается, что для восстановления исходных
параметров функционирования разрядной ячейки из
нее может быть выброшено не более 5 капель
диаметром 0,6⋅10-4 см. После выброса капель из
разрядной ячейки и поступления в нее металла из
переходной зоны в разрядной ячейке
устанавливается температура 4438 К. При этой
температуре давление пара будет ∼1,39⋅105 Торр.
Так как выброшенные капли имеют температуру
4530 К, то давление пара меди будет соответственно
∼1,59⋅105 Торр. Как следствие этой разницы,
кипение меди в разрядной ячейки прекратится.
Поток атомов, испаряющихся с поверхности капель,
обращенной к разрядной ячейке, и поток капель с
поверхности металла в разрядной ячейке
направлены навстречу друг другу. Их
взаимодействие приводит, с одной стороны, к
гомогенному распределению направлений движения
атомов, с другой, – к их ионизации. Причем,
половина - образовавшихся ионов будет направлена
к катоду, половина в противоположную сторону.
Направленный к катоду поток ионов и образует
давление плазмы на поверхность металла в
разрядной ячейке. Существенное значение при этом,
по-видимому, будет иметь увлечение ионов потоком
электронов при их движении от катода.
Сразу после выброса капель из разрядной ячейки
и подавления процесса кипения металла в ней
происходит восстановление разряда во вновь
сформированной разрядной ячейке [4,5].
Вновь организованная разрядная ячейка
смещается в ту сторону, где более энергетически
выгоден забор металла из твердой фазы для
пополнения переходной зоны. Под действием
джоулева тепла происходит нагрев металла в
разрядной ячейке от температуры 4438 до 4530 К за
1⋅10-8 с (время существования разрядной ячейки). За
это же время поверхностный слой металла в
разрядной ячейке под действием бомбардировки
потока ионов (давление плазмы 3,3⋅105 Торр)
нагревается дополнительно до температуры 4985 К.
Давление паров меди при этой температуре
составляет 1,39⋅105 Торр. Происходит разрушение
стационарного разряда и взрыв металла в разрядной
ячейке.
ВЫВОДЫ
1. Предложена модель организации гoмогенного
распределения ионов в прикатодной области
вследствие встречного взаимодействия потоков
атомов, испаряющихся с поверхности металла в
разрядной ячейке и с поверхности капель,
выброшенных из разрядной ячейки.
2. В рамках предложенной модели показано, что
капли, выброшенные из разрядной ячейки, играют
определяющую роль в организации давления
плазмы на поверхность жидкого металла в
разрядной ячейке.
ЛИТЕРАТУРА
1. G.W. VcClure. Plasma expansions a couse of
metal displacement in Vacuum-arc cathode Spots // J.
Appl. Phys. 1971, v.45, p.2078.
2. В.С. Павлов. Эволюция разрядной ячейки при
вакуумно-дуговом разряде на металлах // ВАНТ,
Серия ФРП и РМ. 2004, № 3, с 125.
3. А.А. Плютто, В.М. Рыжков, А.Т. Камин.
Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг //
ЖЭТФ. 1964, т.47, №8, с.494.
4. В.С. Павлов. О механизмах перемещения
разрядной ячейки и катодного пятна при вакуумно-
дуговом разряде // Труды XVII Международной
конференции по ФРП и РМ, Алушта, Крым, 2006,
с. 274.
5. S.S. Moskеown, The Cathode drop in an
electricare // Phys. Rev. 1929, v. 34, p. 611.
Статья поступила в редакцию 26.03.2009 г.
ПРО ТИСК ПЛАЗМИ ПРИ ВАКУУМНО-ДУГОВОМУ РОЗРЯДІ НА МЕТАЛАХ
В.С. Павлов
Показано про краплі, які викидаються з розрядної комірки при її википанні ("вибухові"), забезпечують
гомогенний розподіл іонів у при катодній частині та тим самим сприяють організації тиску плазми на
поверхню метала у розрядній комірці.
ON PLASMA PRESSURE OF VACUUM-ARC DISCHARGE ON METAL
V.S. Pavlov
At is demonstrated that the droplets ejected from the dischsrge cell during its ebullition provide a homogeneons
ion distribution in the cathode theceby serving to organizette plasma pressure on the metal surface in the discharge
cell.
48
|