XXXVII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 8 – 12 февраля 2010 г. ОСОБЕННОСТИ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛЬФРАМОВОГО КАТОДА В СИЛЬНОТОЧНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГЕ К.А. Бахметьев, А.В. Коновалов, О.А. Синкевич Московский энергетический институт (технический университет), Москва, Россия, e-mail: oleg.sinkevich@itf.mpei.ac.ru Проблема создания малоэрозионного, сильноточного катода является центральной для многих новых плазменных технологий, использующих в своей работе дуговые плазмотроны (технологии упрочнения поверхностей и нанесения покрытий, плазменного разрушения малорадиоактивных ядерных отходов и т.п.). Решение данных проблем тесно связано с проведением численных экспериментов, обосновывающих выбор форм, материала катода и типа работающих сред. Эффективность численного моделирования напрямую зависит от использования адекватного описания физических процессов в теле катода, на его поверхности и в прилегающей к нему плазме. В работе в широком диапазоне температур поверхности проведен анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) вольфрамового термоэмиссионного катода, работающего в аргоновой плазме. В ряде режимов работы катода могут возникать немонотонные ВАХ, что качественно согласуется с рядом экспериментальных работ (рис. 3.22 в [1]). Неоднозначные ВАХ наблюдаются как в случае самосогласованной задачи (температура поверхности катода Tc определяется в процессе решения), так и в случае однородного катода (Tc — задаётся как параметр модели). Используя модель [2], можно рассчитать предельные (температура катода не превышает температуру плавления материала катода Ts) ВАХ катода (рис. 1). Максимальное значение плотности тока с поверхности твёрдого вольфрамового катода без образования жидкой фазы составляет около 640 А/мм2. Ток электронов (кривая 5 на рис. 1) в ряде режимов значительно превышает ток ионов, поэтому его необходимо учитывать в эффекте Шоттки. Например, учёт вклада электронов может увеличивать эффективную работу выхода на 1-2%. Литература. [1]. Жуков М.Ф., Козлов Н.П., Пустогаров А.В. и др. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. Новосибирск: Наука, 1982. 158 c. [2]. Бахметьев К.А., Синкевич О.А. Особенности тепловых режимов вольфрамового катода в сильноточном дуговом разряде. // Труды XVII Школы – семинара молодых учёных и специалистов под рук. ак. РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях». Жуковский. 2009. Т. 2. С. 27 – 30. 3 700 6 140 1 100 jep, 500 jtot, jem ji , z, 60 ΔW 4 300 100 10 20 5 2 20 Рис.1. Предельные (при температуре поверхности катода Tc = Ts = 3693 К) характеристики прикатодного слоя однородного катода. 1 – полный ток (jtot, А/мм2); 2 – ионный ток (ji, А/мм2); 3 – ток эмиссии (jem, А/мм2); 4 – ток обратных электронов (jep, А/мм2); 5 – отношение полного тока электронов к току ионов ( z jem jep ji ); 6 — снижение работы выхода (ΔW, 10-2 В). U, В 30 40 1