Фокусировка ионного потока в СПД далека от идеала, и часть ускоренных ионов выпадает на стенки, вызывая их распыление. Кроме того, вблизи стенок, благодаря наличию скрещенных полей, течет электрон- ный пристеночный ток, и это приводит к новым эффектам (Б. А. Архипов, Р. Ю Гни- здор, Н.А. Масленников, А. И. Морозов, [180]). На моделях СПД первого поколения, где велика расходимость ионного потока, в течение первых ~ 500 часов эрозия проявляется только в виде "щучьего языка", которая представляет собой ориентированные вдоль азимута заостренные выступы, наклоненные навстречу падающему потоку, расстояние между которыми (вдоль z) порядка 0,1-0,2 мм. Появление указанной структуры — назовем ее классической, визуально создает "муаровый" рисунок. В течение указанного времени стачивается ~ 2,5-3 мм изолятора, и его профиль (в (г, ^-плоскости) "подстраивается" под профиль ионного потока. В результате ионное распыление существенно ослабляется и начинает проявляться "аномальная" эрозия. Её первые признаки — это появление все углубляющихся "царапин", ориентированных преимущественно вдоль канала. Эти "царапины" в СПД М-100, после появления, приобретают через ~ 500 часов длину ~ 5 мм, ширину ~ 1мм и глубину ~ 1мм. Боковые поверхности "царапин" носят "рваный" характер, а расположены они на более или менее равных расстояниях 7.6. Примеры приэлектродных процессов 401 Рис. 7.5.5. Характер аномальной эрозии изоляторов СПД: а — общий вид СПД М-100 после 5000 часов работы; б — характер эрозии выходной кромки наружного изолятора; в — эрозия выходной кромки внутреннего изолятора друг от друга ~ 1-2 мм. Это расстояние масштаба электронного ларморовского ради- уса. Со временем эта картина эволюционирует и через ~ 1500 часов принимает свой "окончательный" вид (рис. 7.5.5). Теперь скорость эрозии уменьшается раза в два и стабилизируется на уровне ~ 2-3 мкм/час. Установившаяся макроструктура имеет ряд особенностей. Во-первых, видна асимметрия эрозии внешнего и внутреннего изоляторов. На внешнем изоляторе структура выявляется "резко", а на внутреннем эрозионные образования выражены значительно слабее, а очертания их относитель- но плавные, как бы смазанные. Другой важной особенностью является наличие следов эрозии в "затененных" от прямого попадания ионов участках изолятора. Периодичность структуры аномальной эрозии остается все время одинаковой — масштаба электронного ларморовского радиуса ре. Удивительно, что интегральные характеристики (разрядный ток, тяга, кпд) при постоянном расходе т и разрядном напряжении Up практически не изменяются в течение > 7000 часов работы, несмотря на то, что выходная часть изолятора полностью "стачивается", и начинается стачи- вание магнитных полюсов. В то же время уровень СВЧ-шумов ведет себя совсем иначе. Сначала на новой модели он на квазиравновесном уровне, определяемом Те, затем быстро растёт, превосходит тепловой уровень в ~ 102-103 раз и достигает максимального значения на стадии развития "царапин" аномальной эрозии, а затем убывает примерно 10 раз при переходе к установившемуся профилю эрозии. Аномальная эрозия, хотя детали ее не очень ясны, безусловно связана с элек- тронной компонентой. Об этом говорят следующие факты: а) более сильная эрозия наружного изолятора; б) электронный масштаб периода структуры; в) характер "промоин", которые ориентированы вдоль потока; г) поведение СВЧ-колебаний, связанное с перестройкой поверхностной структуры и т.д. Аналогом, похоже, может считаться эрозия изоляторов в эрозионных космических двигателях (п. 7.4.2) Можно сказать, что трудно придумать более явный аргумент в пользу большой роли прямых столкновений электронов со стенками, чем явление аномальной эрозии.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Эрозия изоляторов в СПД» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
