Вакуумный пробой

Эта статья — о электрическом пробое вакуума. О квантовоэлектродинамическом пробое вакуума см. Рождение пар.

Ва́куумный пробо́й (пробой вакуума) — явление появления в вакуумном промежутке между электродами носителей заряда (обычно электронов), вызванное приложением к электродам электрического напряжения больше определённой величины. При вакуумном пробое проводимость промежутка резко увеличивается.

Описание явления

При наличии между электродами электрического напряжения на микроостриях катода начинается автоэлектронная эмиссия, приводящая к появлению так называемых темновых, или предпробойных, токов. При увеличении напряжения происходит формирование сильноточного искрового разряда в газе, десорбированном с поверхности электродов. Этот искровой разряд может перейти в вакуумную дугу, развивающуюся в парах металлов электродов.

Физика явления

Вакуумный пробой является сложным явлением, не имеющим однозначной теории. Существует, однако, несколько объясняющих его гипотез.

Согласно электронно-лучевой теории, выделившиеся в результате автоэлектронной эмиссии электроны ускоряются в вакуумном промежутке и бомбардируют поверхность анода, вызывая локальное увеличение температуры. В результате начинает выделение сорбированных газов и паров металла. Электроны, образованные на катоде и ускоренные полем, производят ударную ионизацию атомов этих газов, в результате чего развивается электронная лавина. Образовавшиеся в результате этого процесса ионы двигаются в сторону катода, образуя пространственный заряд и локально увеличивая электрическое поле вблизи катода, что в свою очередь увеличивает величину автоэлектронную эмиссию. Одновременно появляются ионно-электронная эмиссия и катодное распыление. В итоге сильно увеличивается концентрация газов и паров металлов в промежутке между электродами, в которых уже развивается искровой или дуговой разряды.

Согласно другой теории при протекании тока, связанного с автоэлектронной эмиссией, происходит нагрев поверхности катода. При плотностях тока порядка 10⁸ А/м² происходит микровзрыв эмиттера и образуются пары металла, в которых уже происходит развитие дугового разряда.

Применение

Явление вакумного пробоя широко используется в технике и экспериментах. В частности, оно нашло своё применение в вакуумных выключателях, в мощных источниках рентгеновского излучения и сильноточных ускорителях, а также в большом количестве вакуумных приборов.

Литература

• П. H. Чистяков Вакуумный пробой // Физическая энциклопедия / Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов, Б. К. Вайнштейн, С. В. Вонсовский, А. В. Гапонов-Грехов, С. С. Герштейн, И. И. Гуревич, А. А. Гусев, М. А. Ельяшевич, М. Е. Жаботинский, Д. Н. Зубарев, Б. Б. Кадомцев, И. С. Шапиро, Д. В. Ширков; под общ. ред. А. М. Прохорова. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 237—238. — 707 с. — 100 000 экз.