Исследование кривых Пашена аргона и гелия

Кривые Пашена для гелия отличаются от кривых для большинства других газов наличием так называемой S-образной характеристики (она характерна также для ртути). S-образная характеристика означает наличие двух уровней напряжения пробоя при некоторых значениях pd . Подробнее см.[1,2]. В то же время получение кривых Пашена для гелия связано с трудностями, вызванными высоким потенциалом ионизации гелия и, как следствие, сильным влиянием легкоионизируемых примесей.

В работе проведено исследование зависимости напряжения пробоя от давления (0.08 - 0.9 Torr) и расстояния (10-170мм) между плоскими латунными электродами диаметром 34мм для аргона и гелия в стеклянной трубке при постоянном течении газа в область разряда. Эксперементальная установка (рис. 1) состоит из следующих основных частей: металлического корпуса, газоразрядной трубки, трубки хода катода, форвакуумного и криогенных насосов. В газоразрядной трубке помещены два электрода: подвижный катод и неподвижный анод. Передвижение катода осуществляется с помощью магнитного привода. По обе стороны разрядного промежутка находятся криогенные насосы, назначение которых-откачка примесей. Газ подаётся через кембриковую трубку в один из криогенных насосов и таким образом очищается. К катоду крепится металлическая шайба для устранения пробоя на корпус. Трубки упираются в дюралюминиевый корпус, к которому подключается форвакуумный и криогенный насосы. Криогенный насос представляет собой металлический цилиндрический сосуд, который прикручивается к рабочему объему и опускается в сосуд с жидким азотом. В результате в нем конденсируется большая часть примесей.

Рядом с газоразрядным промежутком включается термопарный вакууметр для снятия давления непосредственно в области разряда. На форвакуумном насосе имеется еще один криогенный насос для конденсации паров масла.

Напряжение с разрядного промежутка снималось с помощью делителя, имеюшего сопротивления плеч 100 Мом и 15 Ком и подавалось на вход Х самописца. В цепь разрядного промежутка был включен резистор 68 Ом, напряжение с которого, пропорциональное току, подавалось на вход Y самописца.

Напряжение пробоя фиксировалось по резкому росту тока. Для получения кривых Пашена для аргона использовалась следующая методика: Устанавливаются определённые р и d, затем напряжение повышается от 0 до значения, при котором происходит пробой. Получить таким же способом S-образную характеристику нельзя, поэтому для гелия использовалась другая методика: Устанавливаются определённые р, d и U (такие, при которых разряд не горит), затем d изменяется до тех пор, пока не произойдёт пробой.

Относительная погрешность измерения давления составляла не более 15%; расстояния между электродами - не более 10%, что давало погрешность измерения Pd не более 25%.

Полученные зависимости Пашена для аргона в пределах погрешностей совпадают с известными литературными данными [2]. Эти кривые воспроизводятся в пределах погрешностей. Для гелия в области давлений около 0,18 Torr качественно получилась S-образная характеристика. Этот результат показывает, что S-образная характеристика действительно наблюдается для гелия в данных условиях. Однако, при других давлениях получились графики, резко отличающиеся от первого. Несоответствие можно объяснить неоднородностью поля в нашей установке (в теории предполагалось, что поле однородно). Поэтому эти графики требуют серьезной дополнительной проверки.

Работа относится к физике газового разряда; к ионным источникам и плазменным технологиям.