ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 537.525.5

17-я Международная конференция

«Газоразрядная плазма и ее применения»

Екатеринбург, Россия, 8-12 сентября 2025

Измерение порогового тока вакуумной дуги
для кадмиевого катода:
ток обрыва Дуги и вероятность инициирования дуги

П.С. Михайлов, И.Л. Музюкин, И.В. Уйманов, Д.Л. Шмелев

Институт электрофизики УрО РАН,
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 106

Статья поступила в редакцию 28 ноября 2025 г.

Аннотация. В данной работе для исследования пороговых параметров вакуумного дугового разряда с кадмиевым катодом разработаны две экспериментальные методики. Первая позволяет определять пороговый ток вакуумной дуги как наиболее вероятное значение тока обрыва разряда при спаде тока, сформированном однополярным импульсом разрядки RC контура на дуговой промежуток. Вторая методика направлена на определении вероятности зажигания дуги, при которой реализуется механизм самоподдержания катодного пятна в зависимости от тока разряда в случае пробоя вакуумного промежутка высоковольтным импульсом. При этом существенное внимание было уделено первоначальной подготовке и последующей очистке поверхности катода в области формирования вакуумной дуги с помощью длинных дуговых разрядов с током в несколько ампер. Такой способ позволяет эродировать поверхность катода на глубину в несколько микрон. Так же в рамках данной методики на основе экспериментальных данных было определено среднее время функционирования дугового разряда при пороговом токе и при токах ниже порогового значения.

Ключевые слова: пороговый ток, вакуумная дуга.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-19-00360, https://rscf.ru/project/23-19-00360/.

Автор для переписки: Михайлов Павел Сергеевич, gmgm01@mail.ru

Литература

1. Boxman R. L., Sanders D. M., Martin P. J. (ed.). Handbook of vacuum arc science & technology: fundamentals and applications. – William Andrew, 1996.

2. Mesyats G. A. Cathode phenomena in a vacuum discharge: the breakdown, the spark and the arc. – Moscow: Nauka, 2000.

3. Mamontov Y. I. et al. Conditioning a Copper Cathode Surface by High-Voltage Subnanosecond Pulses //IEEE Transactions on Plasma Science. – 2024. – V. 52. – №. 9. – P. 4439-4449. https://doi.org/10.1109/TPS.2024.3374898

4. Helmersson U. et al. Ionized physical vapor deposition (IPVD): A review of technology and applications //Thin solid films. – 2006. – V. 513. – №. 1-2. – P. 1-24. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.03.033

5. Inspektor A., Salvador P. A. Architecture of PVD coatings for metalcutting applications: A review //Surface and Coatings Technology. – 2014. – V. 257. – P. 138-153. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.08.068

6. Brown I. G. Vacuum arc ion sources //Review of scientific instruments. – 1994. – V. 65. – №. 10. – P. 3061-3081. https://doi.org/10.1063/1.1144756

7. Barengolts S. A. et al. Explosive emission processes in thermonuclear facilities with magnetic plasma confinement and in linear electron–positron colliders //Phys. Uspekhi. – 2023. – V. 66. – P. 704-721. https://doi.org/10.3367/UFNe.2022.02.039163

8. Kesaev I. G. Cathode processes in electric arcs. – Moscow: Nauka, 1978 (in Russian).

9. Jüttner B. Cathode spots of electric arcs //Journal of Physics D: Applied Physics. – 2001. – V. 34. – №. 17. – P. R103. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/17/202

10. Kajita S. et al. Formation process of tungsten nanostructure by the exposure to helium plasma under fusion relevant plasma conditions //Nuclear Fusion. – 2009. – V. 49. – №. 9. – P. 095005. https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/9/095005

11. Mikhailov P. S. et al. Threshold parameters of vacuum arcs with W-fuzz cathodes //Journal of Nuclear Materials. – 2023. – V. 582. – P. 154479. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154479

Для цитирования:

Михайлов П.С., Музюкин И.Л., Уйманов И.В., Шмелев Д.Л. Измерения порогового тока вакуумной дуги для кадмиевого катода: ток обрыва и вероятность инициирования дуги. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.44