Экспериментальное исследование теплового режима работы горячего испаряющегося катода в стационарной вакуумной дуге с диффузной катодной привязкой

Исследована дуга на теплоизолированном металлическом катоде с косвенным электронно-лучевым подогревом. Подобно обычным тугоплавким металлам материал катода (гадолиний) характеризуется малым отношением потока испаренных атомов к потоку электронов термоэмиссии. При температуре катода $T_{\text{к}}\ge1900$ К и давлении его насыщенных паров $\ge1$ Па реализована стационарная диффузная катодная привязка со средней плотностью тока $10-100$ А/см$^2$ . Разработана методика измерений теплового потока $Q_{\text{к}}^*$, представляющего собой разность между потоком, поступающим из плазмы на катод, и потоком, уносимым с катода при эмиссии электронов в плазму. Установлено, что при увеличении мощности подогрева катода и соответствующем увеличении температуры $T_{\text{к}}$ величина $Q_{\text{к}}^*$ уменьшается и происходит непрерывный переход от самоподогревного режима работы катода с $Q_{\text{к}}^*>0$ к несамоподогревному $Q_{\text{к}}^*<0$. Указанная зависимость $Q_{\text{к}}^*(T_{\text{к}})$ обеспечивает тепловую устойчивость диффузной катодной привязки. В первом режиме отношение тока термоэмиссии с катода к току дуги $\simeq1$, во втором – $>1$. Для объяснения нагрева катода при максимальных значениях $Q_{\text{к}}^*>0$ потоком ионов из плазмы требуется предположение о наличии мпогозарядных ионов с энергией $\simeq200$ эВ.