Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Так же как и чистометаллические электроды, катоды, покрытые изоляционными пленками, требуют тренировки, которая
174
производится длительным приложением постоянного напряжения и последовательными пробоями (последнее только при больших межэлектродных зазора^). Для электродов электростатических сепараторов ЦЕРНа (цяол — нержавеющая сталь, катод — оксидированный алюминий' площадью около 1 м2) опытным путем была найдена следующая оптимальная процедура кондиционирования электродов. После предварительной откачки до предельного вакуума 10~б мм рт. ст. на электроды постепенно подается постоянное напряжение такой величины, чтобы сила темнового тока не превышала 30 мка (или 300 мка, если оба электрода из нержавеющей стали). При этом напряжении электроды выдерживаются, пока значительно не снизится сила темнового тока, полностью не прекратятся случайные тренирующие пробои и сильно не уменьшится газовыделе-ние из электродов. Затем напряжение несколько повышают до установления тока силой 30 мка или возникновения пробоев и при этом напряжении опять выдерживают электроды. Кондиционирование электродов таким способом считается законченным, если при данном напряжении частота пробоев не превышает нескольких пробоев в час.
После этого в систему напускают инертный газ (аргон или смесь неона с гелием) до давления в несколько раз меньше давления, при котором возникает газовый разряд, т. е. примерно до IO"4—IO-3 мм рт. ст. При этом продолжают кондиционирование длительным приложением напряжения до получения еще более высокого пробивного напряжения. Для того чтобы сепаратор надежно работал, это напряжение должно быть несколько выше рабочего. Однако при дальнейшей работе с длительным приложением напряжения не выше рабочего пробивное напряжение снижается до этого же уровня (т. е. через несколько десятков или сотен часов работы начинают возникать пробои). Прежнее значение пробивного напряжения восстанавливается дополнительной тренировкой электродов повышенным напряжением, для чего обычно используются естественные перерывы в работе ускорителя, на котором установлен данный сепаратор. Тщательная отработка конструкции сепараторов, создание более чистых вакуумных условий (борьба с парами органических соединений), подбор режима кондиционирования, состава и давления газа в камере позволили поднять рабочее напряжение до 900—950 и 1000—1100 кв при межэлектродных зазорах соответственно 60 и 100 мм. Частота возникновения пробоев при этом меньше двух в час.
Электропрочность при больших межэлектродных зазорах между оксидированными электродами зависит от давления остаточных газов в рабочей камере (рис. 53). Она сильно возрастает при увеличении давления до IO-4—IOt3 мм рт. ст. напуском благородных газов. Указанные высокие значения пробивного напряжения получаются только в том случае, если
175
вакуумная система и рабочий рбъем предварительно откачиваются до ICH5-IO"7 мм рт. ста конструкция вакуумной камеры и система откачки обеспечивают чистоту электродов, сводят к минимуму возможное их загрязнение, особенно парами органических соединений. При этом следует отметить, что оксидированные катоды более чувствительны к загрязнениям их парами органических соединений, чем чистометаллические [147].
Рис. 53. Влияние давления разных газов на напряжение возникновения пробоев между электродами площадью около 0,3 м% (катод — оксидированный алюминий, анод—нержавеющая сталь, зазор 100 мм):
1 — смесь неона и гелия, порог возникновения разряда рп=1,9Х XlO-3 мм рт. ст.; 2—-гелий, рп=^2,8 • IO-3 мм рт. ст.; 3— азот,
Pn=2,1 • IO-3 мм рт. ст.
Преимущества покрытий изоляционными пленками катода значительно меньше и даже отсутствуют при малых межэлектродных зазорах. Это видно из табл. 47, где приведены пробивные напряжения и другие характеристики для плоских электродов площадью 80 см2 при зазоре 1 мм [257].
Хотя физика влияния покрытий катода на электропрочность вакуумной изоляции недостаточно ясна, имеются попытки сформулировать условия, которые должны соблюдаться, чтобы нанесение изоляционной пленки на катод улучшило качество вакуумной изоляции. Материал пленки должен обладать высоким удельным электрическим сопротивлением (10п ом-м), небольшой диэлектрической постоянной (г/єо= 1,5-т-4) и значительной электроизоляционной прочностью (не менее 100 кв/мм). Пленка должна быть толщиной 10—25 мкм, химически стойкой, механически прочной, обладать высокой сопротивляемостью к истиранию и хорошей адгезией к подложке; последняя перед нанесением пленки должна быть тщательно отполирована и очищена от загрязнений. Газовые включения в пленке нежелательны, по крайней мере, их размер должен быть значительно мень-, ше толщины пленки.
176
Таблица 47
Влияние материала катода на электропрочность при зазоре между электродами 1 мм
Напряже- Длительно выдержи -ваемое напряжение ^ ДЛИТ' кв Пробивное Сила тока перед пробоями
Материал катода и пленки на нем ние первого пробоя U1, кв напряжение после многих пробоев, к в при U1 при максимальном ^длит после многократных пробоев
