Дуговой разряд. Дуга с независимым накалом катода. Термоэлектронная дуга. Дуга с холодным катодом

Понятие дугового разряда охватывает несколько видов разряда, внешним признаком которых является низкое (порядка ионизационного потенциала) катодное падение потенциала.

В зависимости от давления газа в разрядном промежутке различают дугу при пониженном давлении и дугу при высоком и сверхвысоком давлениях. Они различаются главным образом физическими процессами в столбе разряда (плазма).

По виду эмиссии электронов из катода различают:

дугу с независимым накалом катода (несамостоятельный дуговой разряд);
термоэлектронную дугу;
дугу с холодным катодом (электростатическая эмиссия).

Дуга с независимым накалом катода имеет место в ряде промышленных приборов (газотроны, тиратроны и др.). Для нее характерны два режима горения: когда анодный ток меньше тока термоэлектронной эмиссии катода и когда (за счет дополнительного вырывания электронов из катода электрическим полем). При нормальном режиме горения катодное падение потенциала имеет величину порядка ионизационного потенциала газа и практически не зависит от тока . При катодное падение потенциала растет с ростом тока.

Термоэлектронная дуга имеет место при катодах из тугоплавких материалов. В результате разогрева катода ионной бомбардировкой на нем появляется раскаленное катодное пятно, являющееся источником электронов.

В табл. 3-18 приведены данные о процессах в катодном и анодном пятнах дуги. Таблица 3-18

Истинные температуры Тк и Та в катодном и анодном пятнах дуги, плотности тока на катоде jк и аноде ja, катодные и анодные падения потенциала в дуге при р = 100 000 Па.
Электроды	Газ
С-С С-С Сu-Сu Fe-Fe Ni-Ni W-W Al-Al Al-Al Zn-Zn	Воздух Na Воздух, N2 Воздух >> >> >> N2 Воздух	3500 3500 2200 2400 2400 3000 3400 2500 3000	4200 4000 2400 2600 2400 4200 3400 2500 3000	470 500 ~1000 000 Большая - - - - -	65 70 1000 - - - - - -	9-11 - 8-9 8-12 - - - - -	11-12 - 2-6 2-6 - - - - -

Процессы в столбе термодуги аналогичны процессам в дугах другого вида и столбе тлеющего разряда. Они описаны в соответствующем разделе.

Дуга с холодным катодом возникает при использовании в качестве катода легкоплавких металлов. Наиболее распространенным случаем дуги этого вида является дуга с ртутным катодом, горящая в парах ртути. Эмиссия электронов из ртутного катода концентрируется в одном или нескольких (в зависимости от величины тока) катодных пятнах. Плотность тока в элементарном катодном пятне достигает . При токах более 2-3 А образуется групповое пятно с плотностью тока . При токах более 30-50 А появляется несколько самостоятельных групповых пятен.

Выделение в катодном пятне энергии, приносимой из разряда ионами, приводит к интенсивному испарению ртути. В результате происходящего при этом повышения давления резко уменьшается длина свободного пробега электронов и ионное облако образуется на очень малых расстояниях от поверхности катода. Это обеспечивает при напряженность поля у поверхности катода порядка , достаточную для электростатической эмиссии электронов.