同轴电极间绝缘材料对真空放电等离子体生成特性的影响

【作者】 窦志军； 刘文正； 王浩；

【机构】 北京交通大学电气工程学院；

【摘要】 场致电子发射在真空放电击穿过程中起决定性作用,阴极尖端电场强度对真空放电等离子体的密度、能量等特性具有重要意义。为了有效的增大阴极尖端电场强度,获得高能量、高密度的真空放电金属等离子体,本研究采用同轴电极结构,在阴极外套有聚四氟绝缘套筒,并与阳极紧密接触,电极结构如图1所示。首先,本研究通过MAXWELL 3D电场仿真软件对图1所示的同轴电极下的电场分布进行仿真,可以看出聚四氟绝缘套筒的布置会使电极间电力线的走向发生变化,进而影响电极间的电场分布,特别是阴极尖端的电场强度。其次,利用探针法对不同绝缘材料厚度、位置及介电常数等条件下生成的等离子体的参数进行测量,深入讨论绝缘材料对电场强度及真空放电等离子体生成特性的影响。最后,为了使电力线进一步向阴极尖端集中,有效的增大阴极尖端的电场强度,本研究在聚四氟绝缘套筒的基础上,设计了如图2所示的末端收口的绝缘套筒布置于同轴电极之间。通过仿真与实验相结合的方法,分析了绝缘材料的收口角度α为30°、45°、60°时的电场分布以及生成等离子体的密度,讨论同轴电极结构下绝缘套筒的收口角度对等离子体特性的影响。实验与仿真结果表明,合理的绝缘材料布置能够有效的增大阴极尖端电场强度,测得的击穿电压较低,生成等离子体的密度较大。更多还原