Термическая гипотеза

Гипотезы о механизме обратного движения катодного пятна

Наиболее популярной до недавнего времени была т.н. термическая гипотеза, которая предполагает существование у катода небольшой области газа – ионизованного пространства, нагретого до Т>Т_ст. В этой области в результате интенсивной термической ионизации образуется необходимое количество электронов и ионов, которые движутся соответственно заряду в столб (электроны) и к катоду (ионы). Рекомбинируя у поверхности катода, ионы вызывают стекание с него электронов соответствующей силы. При этом снижается эффективный потенциал ионизации дополняющего прикатодный объём газа. Это приводит к уменьшению разности температур
(у паров металла ниже, чем у расплавленного металла, с поверхности которого происходит испарение) и связанной с ней разности потенциалов в прикатодной области.

Таким образом в ионизованное пространство жидких легко испаряющихся катодов с их повышенной температурой непрерывно поступают пары сравнительно низкой температуры. В соответствии с радиальным распределением скоростей пара (рис.А) наибольшее количество слабо нагретого вещества направлено в центр ионизационного пространства, вызывая более интенсивное его охлаждение. В результате вероятность θ ионизации паров по сечению S дуги должна иметь минимум в центре дуги (рис.А) и новая ось разряда перемещается, и её периферии. Развивающееся вокруг новой оси «ионизационное пространство» поставляет ионы в примыкающие к нему участки катода, которые бурно испаряясь, вновь порождают струи сравнительно холодных паров и т.п.

Рис.А. Радиальное распределение скорости V паров катода по пятну и вероятность θ их ионизации.

Рис.Б. К объяснению «обратного» движения катодного пятна.

Аналогично объясняется и «обратное» движение катодного пятна дуги низкого давления в поперечном магнитном поле. Пусть под действием магнитного поля ионы, движущиеся на катод, переместились в направлении +x (рис.Б) которое является прямым

(по закону Ампера – правилу левой руки). Падая на катод они вызывают его интенсивное испарение, что уменьшает вероятность ионизации газов в этой зоне. Кривая θ(x) принимает форму, изображённую на рис.Б штриховой линией. Её максимум находится в точке –x₁, расположенной с обратной стороны бывшего центра О пятна. В зоне max образуется наиболее интенсивный ионный поток, новый центр пятна, который по внешним признакам кажется перемещающимся в обратном направлении. Можно полагать, что «обратно» перемещаются не заряды, а область их возникновения (ср. – бегущая светящаяся информация на неподвижной панели из электрических лампочек).

На основе термической гипотезы получены некоторые подтверждённые экспериментами закономерности, описывающие катодную область дуги. Принимая, что температура ионизационного пространства убывает в направлении катода от некоторого максимального значения Т_н до T_min материала катода. Поскольку сначала температуры, а следовательно и бесконечные её градиенты невозможны, то в катодной области разность ΔT=T_н-T_к может достигать нескольких тысяч градусов, а её градиент = 10⁸ К/см. При этом тепловой поток в сторону катода достигает значительной величины, определяемой уравнением. Как и в анодной области, стационарное состояние газа у катода возможно при соблюдении баланса его энергии

В этих уранениях F_к обозначает площадь катодной обласчти, через которую проходит дуга, и равную её площадь активного пятна на катоде.

Дата добавления: 2014-01-03