Физики раскрыли процессы взрывного разрушения тонких металлических катодов во время импульсного разряда в вакууме

Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) провели эксперименты с острийными катодами, сделанными из медной проволоки диаметром около 10 микрометров и длиной порядка 1 миллиметра, на которые подавался высоковольтный импульс. Напротив такого катода разместили плоский цилиндрический анод (заземленный электрод) так, чтобы зазор между вершиной катодного острия и поверхностью анода составлял 100–200 микрометров.

Образованный таким образом диод (систему «острийный катод — плоский анод») авторы поместили в вакуумную камеру. При подаче высоковольтного импульса наблюдался резкий рост тока через диод до порядка тысячи ампер за десятки наносекунд и взрывное разрушение материала катода.

Исследователи также обнаружили сильную неоднородность взрыва острийного катода — при полностью взорванном основании его привершинная часть оставалась не разрушенной во время разряда. Процесс разрушения сопровождался формированием локальных зон продольного уплотнения продуктов взрыва и появлением выбросов плотной плазмы. При этом между взорванным основанием и неповрежденной вершиной эмиттера возникала переходная зона, где вещество находилось в некотором промежуточном состоянии.

Неоднородная картина взрыва острийного катода вдоль его длины отражает сложную конкуренцию между процессами нагрева его материала протекающим током высокой плотности и шунтирования — переключения тока с острийного катода на плазму, формирующуюся возле его поверхности и вблизи продуктов взрыва.