Рис. 6. Зависимость числа эмиттируемых электронов на один испаряющийся атом легкоиони-зируемой добавки материала катода от напряженности электрического поля у поверхности при температуре катода:

/ — 700 К: 2 — 1500 К; 3 — 2500 К: сплошные кривые — испарение атомов лантана, штриховые — атомов иттрия [132].

приобретает внешние черты автоэлектронной. На основе модели, рассмотренной в работах [33, 32], Б. Е. Патон, В. С. Гвоздецкий и Ю. Л. Васенин предложили объяснение токопереноса на «холодном» катоде дугового разряда при испарении легкоионизируемых добавок материала катода [132]. Как и в предыдущих работах, для реализации предлагаемого механизма необходимо наличие у поверхности катода электрического поля Ек « 107 В/см. Условия образования такой высокой напряженности поля авторы работы [132] не рассматривают, объясняя это тем, что такая величина Ек ниже, чем общепринятые ее значения в автоэлектронной модели. При этом роль испаряющихся атомов материала катода состоит в следующем. На небольших расстояниях / от поверхности катода до испарившегося атома металла его состояние (атомное или ионное) неразличимо из-за интенсивного обмена зарядом в данной системе металл — атом. По мере удаления атома от поверхности катода электронные энергетические состояния перестраиваются от зонной структуры в металле к дискретным энергетическим уровням атома (или иона). Такая перестройка заканчивается на некотором критическом расстоянии 1С от поверхности катода. Электрическое поле у катода изменяет потенциальную энергию поступившего на атом электрона так, что появляется возможность туннельного пере-

хода электрона из связанного состояния на атоме в свободное, т. е. происходит полевая ионизация. Для существенного проявления этого процесса как раз и необходимо электрическое поле с напряженностью Ек « 107 В/см, которое обеспечивает выход освободившегося электрона в направлении столба дуги, т. е. его эмиссию. Количества уе„ эмиттируемых электронов на один испаряющийся атом в работе [1321 вычисляли с помощью ЭВМ на основе метода, изложенного в работе [33]. В качестве исходных выбирались следующие значения параметров основного металла: работа выхода электрона ф = 4,5 эВ, глубина зоны проводимости в модели свободных электронов металла №0 = 12,9 эВ. В качестве легкоионизируемых добавок выбраны иттрий и лантан. Концентрацию этих элементов полагали незначительной, такой, что степень покрытия добавкой поверхности работающего катода 6 ^ 1 и работа выхода основного металла не изменялась. Атомы добавки характеризовались потенциалом ионизации и атомным весом Мд. Скорость удаляющихся атомов полагали тепловой: у\ ~ АГц/УИд. Результаты вычислений представлены на рис. 6. Видно, что при низких температурах катода (Гк « 700 К) число электронов, эмиттируемых при испарении одного атома лантана, оказывается на порядок больше, чем при испарении одного атома иттрия. При этом повышение температуры катода до 2500 К приводит к уменьшению этого различия. Авторы объясняют это следующим образом. Во-первых, из-за большей массы атом лантана проходит расстояние /сза время, в 1//Иьа//Иураз большее, чем атом иттрия, и поэтому происходит большее число единичных актов эмиссии электронов. Во-вторых, поскольку потенциал ионизации атома лантана меньше, чем атоми иттрия, из металла на атомный остов лантана поступает большее число электронов с энергиями, при которых полевая ионизация более вероятна. С ростом температуры катода проявление этого различия в поведении атомов добавок ослабевает из-за возрастания числа термически возбужденных электронов металла, поступающих на удаляющиеся атомные остовы добавок. Как видно из