Главная >  Атомное ядро и ядерные превращения 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

конструкции от анода вакуумного диода, имеющего обычно форму цилиндра, которая обеспечивает концентрацию поля возле катода. Это необходимо, чтобы получить как можно более быстрое рассасывание пространственного заряда электронов с увеличением напряжения, что ведет к снижению внутреннего сопротивления. В газотроне пространственный заряд скомпенсирован (после зажигания) и все эмиттируемые электроны поступают из катода в плазму (из нее получает электроны анод) не за счет поля анода, а за счет катодного падения. Поэтому форма анода с точки зрения его поля возле катода не и.меет значения и ее выбирают из других соображений. В маломощных газотронах анод имеет плоскую форму, при которой обеспечивается достаточная приемная поверхность (рис. 90). В мощных газотронах анод изготавливается в виде полой чащи или охватывающего катод цилиндра, закрытого с одной стороны. Полый анод имеет больщую приемную поверхность; кроме того, охватывая катод, он располагается очень

близко от него, что позволяет получить малый объем плазмы. Это уменьшает время деионизации и обратный ток, что позволяет газотрону выдержать большие обратные напряжения.

Обратное напряжение, выдерживаемое газотроном, является весьма важной его характеристикой. При работе газотрона в схеме выпрямителя напряжение между его анодом и катодом периодически меняется по знаку, причем когда потенциал анода отрицателен по отношению к катоду (обратное напряжение), газовый разряд не должен происходить. Однако при некотором значении обратного напряжения может все же зажечься разряд с обратным направлением тока (обратное зажигание). Причина этого явления заключается в том, что при перемене знака напряжения (и прекращении разряда) ионы, которые не успели рекомбинировать, движутся под действием поля не к катоду, а к аноду, и если это поле достаточно велико, могут вызвать



Рис. 90. Конструкции газотронов:

а - малой мощности; б - большой мощности; ; - анод; 2 - катод; 3 - цоколь; 4 - вводы подогревателя

эмиссию анода и образование самостоятельного разряда. В этом случае газотрон будет иметь не одностороннюю, а двухстороннюю проводимость, что нарушит работу выпрямителя, а в некоторых случаях (двухполупериодная или многофазная схема) приведет к его короткому замыканию.

Величина обратного напряжения, которое может выдержать газотрон, зависит от ряда факторов. Она получается тем больше, чем меньше объем плазмы (о чем было сказано выше). Кроме того, большое значение имеет материал анода. Он должен испускать как можно меньше электронов при ударе ионов и нагреве и хорошо рассеивать тепло. Наилучшим в этом отношении материалом является графит. Применяются также аноды из никеля, часто черненого.

Величина напряжения обратного зажигания зависит также от выбора газа и его давления. Для наполнения газотрона применяются пары ртути и инертные газы. В ртутных газотронах в баллон, откачанный до глубокого вакуума, помещают небольшое количество (несколько капель) ртути, которая испаряется при нагревании и создает ртутный пар нужного давления. Однако давление ртутного пара зависит от температуры в колбе газотрона и, следовательно, от внешних условий, что и является недостатком,ртутного газотрона. Его преимущества перед инертными газами заключаются в более низком потенциале ионизации и более высоком потенциале зажигания. Низкий потенциал ионизации обеспечивает малую величину катодного падения и, следовательно, малое падение напряжения на газотроне (порядка 1011 в вместо 16 в при аргоновом наполнении). Высокий потенциал зажигания позволяет газотрону работать в выпрямителях при больших напряжениях без обратного зажигания.

В газотронах, наполненных инертным газом, давление мало зависит от внешних условий, но эти газотроны отличаются большим рабочим анодным напряжением. Чтобы снизить их рабочее анодное напряжение, некоторые типы газотронов (тунгары) наполняют инертным газом при сравнительно очень большом давлении (несколько миллиметров ртутного столба). При этом рабочее анодное напряжение снижается до величины, равной потенциалу возбуждения газа. Это объясняется ступенчатой ионизацией, которая происходит при столь большом давлении. Ступенчатая ионизация заключается в следующем. Атомы газа, получившие при столкновении с электроном энергию, недостаточную для ионизации, но достаточную для их возбуждения, получают при следующих столкновениях с электронами добавочную энергию. В результате нескольких столкновений с электроном атом будет ионизирован. Это может произойти при таком давлении, когда атом испытывает много столкновений с электронами. В этом случае для ионизации газа достаточно, 18 Защита от радиоактивных излучений



чтобы энергия электронов, накопленная ими в электрическом поле, соответствовала не потенциалу ионизации, а потенциалу возбуждения газа. Тогда катодное падение устанавливается минимально необходимым для поддержания ступенчатой ионизации, т. е. равным потенциалу возбуждения газа. Большое давление газа снижает напряжение обратного зажигания тунгаров, поэтому они применяются в выпрямителях низких напряжений (порядка сотен вольт).

Тиратроны

Тиратроном называют газоразрядный триод с накаливаемым катодом, т. е. газотрон с сеткой. Однако сетка тиратрона отличается от сетки электронного триода не только конструкцией, но и по своему назначению. Сетка тиратрона предназначена для управления анодным потенциалом зажигания. Действие сетки основано на том, что будучи расположенной между анодом и катодом, она почти полностью экранирует эти электроды один от другого и тем самым препятствует возникновению дугового разряда между ними. Это препятствие становится еще большим, если сетке сообщен отрицательный потенциал относительно катода, поскольку в этом случае поле сетки противоположно полю анода. Следовательно, при отрицательно заряженной сетке для возникновения дугового разряда между анодом и катодом требуется приложить к этим электродам напряжение большее, чем при отсутствии сетки. Величина анодного напряжения, при котором возникает дуговой разряд (анодное напряжение зажигания), получается тем большей, чем больше отрицательное сеточное напряжение. Зависимость анодного напряжения зажигания от сеточного напряжения называется пусковой характеристикой тиратрона (рис. 91).

При очень сильной экранировке поля анода сеткой зажигание дуги между анодом и катодом воз.можно лишь при положительном потенциале сетки. В этом случае пусковые характеристики имеют вид, показанный на рис. 91, б (правые характеристики). Эти характеристики показывают слабое влияние анодного напряжения на величину сеточного напряжения, при котором происходит зажигание. В тиратронах с левыми характеристиками (рис. 91, а) сеточное напряжение зажигания существенно зависит от анодного напряжения, что объясняется более слабой экранировкой поля анода. В тиратронах обоих типов можно подобрать такое положительное сеточное напряжение, что зажигание дуги в анодной цепи произойдет при напряжении меньшем, чем при отсутствии сетки. Однако такой режим является ненормальным, так как основной разряд возникнет между сеткой и катодом, а в анодной цепи потечет лишь часть разрядного тока.

Чтобы обеспечить необходимую экранировку анода от катода, сетку тиратрона конструируют в виде плоского экрана или цилиндра с одним или несколькими отверстиями. Одна из возможных конструкций сетки показана на рис. 92, где изображен тиратрон с левыми характеристиками {а) и тиратрон с правыми характеристиками (б). На рисунке хорошо видно различие в экранирующем действии сеток этих тиратронов.

1000

I 800 Ь 700

8050 ttO 30

Температура нондВисации ртути, С

1 200

805030

10 98y65i32101 2356789 10 11 Напряжение на сетне, 8

Рис. 91, Пусковые характеристики тиратронов: а - с отрицательным управлением; б - с прложнтельным управлением

После возникновения разряда между анодом и катодом сетка перестает экранировать один от другого эти электроды. Это происходит в результате образования плазмы (столба разряда), занимающей почти все междуэлектродное пространство за исключением небольшой области возле катода. Образовавшаяся плазма благодаря малому падению напряжения в ней может рассматриваться как токопроводящая среда, приближающая анод к катоду. Иными словами, как было показано выше, образуется условный анод, который в установившемся состоянии располагается ближе к катоду, чем сетка. Кроме того, что сетка перестает экранировать анод от катода, она теряет свое управляющее действие, так как возле нее возникает ионный или электронный чехол, нейтрализующий ее поле (рис. 93). Следовательно, после зажигания дугового разряда изменение потенциала сетки не влияет на протекание разряда. Чтобы прекратить разряд в тиратроне (погасить его), необходимо понизить анодное напряжение до величины напряжения погасания, либо уменьшить силу анодного тока до величины, при которой дуговой разряд невозможен. При этом анодное напряжение погасания (в отличие от напряжения зажигания) не зависит от потенциала сетки.



Экспериментальные вольтамперные характеристики подтверждают указанные свойства тиратрона. Анодные характеристики (рис. 94) отличаются от характеристик газотрона лишь тем, что


Рис. 92. Коиструкция электродов тиратрона: а - с отрицательным управлением: б - с положительным управлением; / - катод; 2 - сетка; 3 - анод

Рис. 94. Примерный вид анодных характеристик тиратрона


Рис. 93. Образование ионного чехла около отрицательно заряженной сетки:

/ - кэтод; 2 - анод; 3 - отрицательная сетка; 4 - оболочка из поло жительных ионов

м----

Юа /

/~-~2

Змка

-у*---

1 1 1.1 - 1

-3 -г -< о 1 2 3 < 5 Напряжение Ug,8

Ряс. 95. Примерный вид сеточной вольтамперной характеристики тиратрона и ее сравнение с характеристикой триода: / - ток в ионном приборе; 2 - ток в электронном приборе

цтенциал зажигания зависит от сеточного напряжения. Сеточ цые характеристики (рис. 95) показывают, что при возрастании ЧОЛичины (алгебраической) сеточного напряжения происходит жигдние при определенном значении этой величины. При за-жигднии ток скачком достигает насыщения и при дальнейшем увеличении сеточного напряжения не изменяется (линия QPN).

Обратное изменение сеточного напряжения в сторону уменьшения также не вызывает изменения тока и погасания разряда (линия NM). На графике для сравнения нанесена вольтамперная сеточная характеристика электронного триода.

Неоновые лампы и безнакальные тиратроны

В дозиметрических приборах широко используются газовые диоды с холодными, не накаливаемыми катодами. В этих ионных приборах используется так называемый тлеющий разряд, свойства которого иллюстрируются вольтамперной характеристикой, приведенной на рис. 96. Как видно из характеристики, при некотором напряжении (точка с), называемом потенциалом зажигания тлеющего разряда, происходит скачок напряжения и тока. Аналогично тому, как это получается в газотронах с горячим катодом, сила тока в этом случае определяется величиной внешнего сопротивления, включенного последовательно с газоразрядным промежутком, а напряжение на нем не изменяется при изменении силы тока в достаточно широких пределах (участок аЬ). Это напряжение называется потенциалом погасания.

Вертикальный участок характеристики соответствует так называемому нормальному тлеющему разряду. Дальнейшее увеличение тока сопровождается повышением напряжения, что соответствует режиму аномального тлеющего разряда (участок bd).

Тлеющий разряд практически отличается от дугового во много раз меньшими значениями силы тока (порядка миллиампер) и большими значениями напряжения на газоразрядном проме-; жутке (десятки вольт). Физически различие состоит в том, что, тлеющий разряд поддерживается не термоэмиссией катода, а вторичной его эмиссией, которая возникает в результате бомбардировки катода ионами, падающими на него из плазмы под действием электрического поля. При этом удельная эмиссия катода (т. е. сила тока на единицу площади его поверхности), как, показывают теория и эксперименты, в режиме нормального тлеющего разряда остается постоянной. Ток возрастает( например, при уменьшении внешнего сопротивления) в результате увеличения площади той части поверхности катода, которая занята разрядом. При том значении силы тока, при котором вся поверхность катода занята разрядом, дальнейппш рост тока может

7 напряжение

Рис. 96. Вольтамперная xaip актер истика тока в-газе в линейно.м масштабе. Выбранный масштаб позволяет хорошо наблюдать только режим тлеющего разряда



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70