Устойчивость скандатных электродов к воздействию сильноточного импульсного разряда в ксеноне

Аннотация

Исследована устойчивость работы скандатного катода импульсной ксеноновой лампы. Приведен подробный анализ факторов, действующих на рабочую поверхность электрода, рассмотрено влияние на эрозию эмиссионного материала конструкции катода, физических и химических свойств эмиттера, состава плазмообразующей среды и параметров импульсного разряда. Значительное внимание уделено технологии изготовления катода изостатическим прессованием порошка, состоящего из 97 % (вес.) молибдена и 3 % (вес.) скандата бария. Рассмотрены конструкция и условия электрического питания исследуемой газоразрядной лампы. Исходя из полученных осциллограмм импульса тока и конструктивных размеров рабочей поверхности катода получено, что значение токовой нагрузки на изучаемый электрод составляет 2,64 кА/см². В ходе ресурсных испытаний изучено влияние эрозии электрода на прозрачность кварцевой оболочки и конфигурацию рабочей части катода. Установлено, что к концу срока службы импульсной лампы сферическая поверхность катода преобразуется в плоскость с множеством капель молибдена на торцевой части электрода. Посредством электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа выявлено, что в течение работы газоразрядной лампы происходит обеднение активирующей добавкой поверхности электрода, контактирующей с плазмой, с образованием пустотелых раковин. Одновременно в течение срока службы газоразрядной лампы происходит продольная миграция оксида бария из глубины тела катода к рабочей поверхности

Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (договор № 20ГРЭ-С18/91616)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Гавриш С.В., Потапенко А.О., Пучнина С.В. и др. Устойчивость скандатных электродов к воздействию сильноточного импульсного разряда в ксеноне. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 3 (148), с. 4--21. EDN: REKKSY

Литература

[1] Маршак И.С., ред. Импульсные источники света. М., Энергия, 1978.

[2] Гордиенко П.С., Верхотуров А.Д., Достовалов В.А. и др. Электрофизическая модель эрозии электродов при импульсном энергетическом воздействии. Электронная обработка материалов, 2011, № 3, с. 15--27. EDN: QZMXDP

[3] Курбаслимов В.С., Голятина Р.И., Майоров С.А. и др. О влиянии распыления электродов на характеристики импульсного разряда в гелии при атмосферном давлении. Прикладная физика, 2020, № 4, с. 24--31. EDN: ASOWOU

[4] Амосов В.М., Карелин Б.А., Кубышкин В.В. Электродные материалы на основе тугоплавких металлов. М., Металлургия, 1976.

[5] Капустин В.И., Ли И.П. Скандатные катоды СВЧ-приборов, достижения и перспективы. Электроника: наука, технология, бизнес, 2015, № 2, с. 124--136. EDN: TLSBOB

[6] Пинчук М.Э., Степанова О.М., Куракина Н.К. и др. Особенности эрозии электродов в сильноточных разрядах высокого давления. Известия высших учебных заведений. Физика, 2014, т. 57, № 12-2, с. 245--248. EDN: TUCPPD

[7] Кузнецов В.Е., Сафронов А.А., Ширяев В.Н. и др. Исследование эрозии электродов в плазмотронах постоянного и переменного тока. Прикладная физика, 2019, № 3, с. 24--30. EDN: GXZCUP

[8] Морцева Г.И., ред. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. Новосибирск, Наука, 1982.

[9] Дюбуа Б.Ч., Королев А.Н. Современные эффективные катоды. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, 2011, № 1, с. 5--24. EDN: NSHUBZ

[10] Капустин В.И., Ли И.П., Шуманов А.В. и др. Физический механизм работы скандатных катодов СВЧ-приборов. ЖТФ, 2017, т. 87, № 1, с. 106--116. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2017.01.44026.1873

[11] Макаров А.П., Берснева Е.Ю., Земчихин Е.М. и др. Скандатные катоды с высокой плотностью тока для применения в приборах СВЧ. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, 2016, № 4, с. 15--24. EDN: XHGGAR

[12] Баранова В.И., Коновалов В.А., Шабуркина В.И. Металлокерамические катоды на основе вольфрама со скандатом бария для газоразрядных приборов. Электронная техника. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы, 1984, № 6, с. 34--35.

[13] Зверев А.Ю., Борисевич С.В., Масякин Д.Н. и др. Вирулицидная активность импульсного ультрафиолетового излучения сплошного спектра в отношении коронавируса SARS-CoV-2. Медицинский алфавит, 2020, № 18, с. 55--58. DOI: https://doi.org/10.33667/2078-5631-2020-18-55-58

[14] Киреев С.Г., Гавриш С.В., Кулебякина А.И. и др. Влияние механизма инициирования сильноточного импульсного ксенонового разряда на оптическую деградацию кварцевой оболочки в УФ-области спектра. Успехи прикладной физики, 2022, т. 10, № 1, с. 90--96. EDN: IAQCOJ

[15] Киреев С.Г., Гавриш С.В., Кулебякина А.И. и др. Зависимость эффективности УФ-излучения импульсных ксеноновых ламп от объемной плотности мощности разряда. Прикладная физика, 2021, № 6, с. 24--29. DOI: https://doi.org/10.51368/1996-0948-2021-6-24-29

[16] Ходкевич Л.П., Леко В.К. Кварцевое стекло в производстве электровакуумных изделий. М., Энергоатомиздат, 1981.

[17] Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. М., Энергия, 1977.

[18] Гербин А.И., Шапошников В.М., Кобзарь А.И. Возникновение и развитие дефектов в оболочках импульсных ламп накачки из кварцевого стекла. Электронная техника. Сер. Лазерная техника и оптоэлектроника, 1979, № 3, с. 20--25.

[19] Белоусова Л.Е. О разрушении импульсной лампы при испарении стенок в режиме короткой вспышки. Светотехника, 1973, № 2, с. 12--13.

[20] Капустин В.И., Ли И.П., Шуманов А.В. и др. Механизм формирования и свойства кристаллитов оксида бария в металлопористом катоде. Перспективные материалы, 2016, № 7, с. 5--15. EDN: WGHVWB

[21] Мельникова И.П., Лясников В.Н., Лясникова А.В. Эмиссионные свойства металлопористых катодов. Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2012, т. 15, № 2, с. 84--90. EDN: PCXHON