Экспериментальное исследование характеристик разряда

Экспериментальное исследование характеристик разряда низкого давления
с самокалящимся электродом в скрещённых E×H полях
В.В. Усков, А.А. Теврюков
Московский физико-технический институт (государственный университет)
ouskov@gephys.mipt.ru
Интерес к изучению характеристик разрядов низкого давления и свойств
генерируемой в них плазмы [1] связан в основном с их использованием для разработки
источников потоков заряженных частиц. Тлеющие разряды постоянного тока в
скрещённых E×H полях (типа магнетронного и Пеннинга [2,3]) привлекательны для
таких целей в связи с простотой конструкции разрядной ячейки и стабильностью их
горения в непрерывном режиме в широком диапазоне параметров разряда и
геометрических размеров. Однако высокое напряжение горения таких разрядов и
возможность перехода к разряду с катодным пятном при увеличении тока делают
такую разрядную ячейку источником загрязнений обрабатываемой поверхности
продуктами эрозии катода.
Дуговые разряды с накалённым катодом лишены этих недостатков, но
использование прямонакального катода усложняет конструкцию. Существует
возможность объединить достоинства этих форм разряда введением в разрядную
ячейку на основе разряда Пеннинга теплоизолированного самокалящегося элемента
[4,5], нагревающегося до температуры термоэлектронной эмиссии.
В [6] предлагается использовать отражательный разряд Пеннинга с полым
катодом и самокалящимся элементом для получения потока атомарного водорода. В
работе [7] проведены экспериментальные исследования его вольт-амперных
характеристик, предложено объяснение основных закономерностей и выполнен
теоретический анализ процессов в разрядной ячейке, а в работе [8] сформулирована
теоретическая модель.
В настоящей работе был получен разряд такого типа. В отличие от
экспериментальной установки, использованной в работе [7] самокалящийся электрод
изготовлен из титана, были выбраны иные (увеличенные) геометрические размеры
разрядной ячейки, а также использовалась отличающаяся конфигурация электродов и
магнитного поля.
Схема экспериментальной установки представлена на рис.1. Вакуумная камера
представляет собой объем цилиндрической формы. Внутри камеры соосно с ней
расположена система электродов: катод, анод и центральный самокалящийся электрод.
Электрод выполнен в виде круглого стержня, катод и анод — в виде полых
тонкостенных цилиндров. Магнитное поле создается катушками, расположенными
снаружи камеры на общей оси. В цилиндре анода сделано узкое продольное отверстие
для визуального наблюдения разряда и установки измерительных зондов.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
Представлены результаты экспериментального исследования разряда при нагреве
самокалящегося электрода до температуры ниже значения возникновения
термоэлектронной эмиссии. Получены основные параметры разряда (диапазон
давлений, магнитных полей, напряжений на электродах и ток стабильного
непрерывного горения разряда), а также определены различные режимы горения.
Методом зондовых измерений найдены основные параметры плазмы разряда.
Литература
1.
Ю.П. Райзер Физика газового разряда. М.: Наука, 1992.
2.
М.Д. Габович Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат,
1972. 304 с.
3.
Ю.Е. Крейндель Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат, 1977. 144 с.
4.
А.П. Семёнов, М.В. Мосохоев // ЖТФ. 1984. Т. 54. Вып. 11. С. 2276-2277
5.
В.А. Груздев, О.Е. Троян // Изв. Вузов. Физика, 1988. Деп. в ВИНИТИ № 50411388
6.
В.А. Кагадей, Д.И. Проскуровский, О.Е. Троян Генератор атомарного водорода.
Патент России. № 2088056.
7.
В.А. Кагадей, А.В. Козырев и др. // ЖТФ. 2001. Т. 71. В. 3. С. 22-28
8.
Л.А. Зюлькова, А.В. Козырев и др. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. В. 16. С. 19-25