Мощные генераторные лампы — дорогостоящие приборы. Долговечность их работы зависит не только от правильно установленного режима эксплуатации, но и от определенных профилактических мероприятий, направленных на повышение вакуума в этих приборах. От него зависит срок службы ламп и почти все их важнейшие параметры. В частности, повышение вакуума замедляет декарбидирование вольфрамовых торированных карбидирован-ных катодов и предотвращает отравление и увеличение сопротивления промежуточного слоя оксидных катодов.
В процессе производства в лампах обеспечивается очень высокий вакуум, однако в процессе хранения изготовленных приборов он понижается вследствие газопроницаемости оболочек и газовыделения из электродов. Кроме того, существенным источником газовыделения является нагретый катод.
Повысить вакуум генераторных ламп, находящихся в эксплуатации, можно с помощью электронной тренировки, которая обеспечивается ионизацией остаточного газа электронным потоком, испускаемым накаленным катодом, либо автоэлектронной эмиссией с любого из электродов при подаче высокого напряжения положительной полярности на анод или отрицательной полярности на катод. Электронная тренировка электродов имеет некоторые особенности: при высоких напряжениях на электродах образующиеся положительные ионы развивают большие скорости, и вследствие узкой направленности сфокусированного ионного потока интенсивность бомбардировки центра катода, имеющего отрицательный потенциал, резко возрастает.
Необходимо отметить, что электронная тренировка ламп с перегрузкой электродов, применяющаяся в условиях производства при откачке приборов, совершенно недопустима применительно к готовым приборам в условиях эксплуатации, т.к. она приводит к ухудшению вакуума и снижению ресурса катода.
Ионный метод повышения вакуума в лампах, находящихся в эксплуатации, обеспечивает не только повышение в них вакуума, но и эффективную очистку электродов. Этот метод тренировки заключается в подаче на любой электрод (кроме катода) высокого напряжения отрицательной полярности. Напряжение увеличивают до появления автоэлектронной эмиссии, которая ионизирует остаточные газы. Образующиеся положительные ионы благодаря высокой напряженности поля разгоняются и, приобретая большую энергию, бомбардируют и "замуровываются" в электроды, имеющие отрицательный потенциал. При этом катод, находящийся под положительным потенциалом, не подвергается ионной бомбардировке. При тренировке ЭВП непосредственно в аппаратуре удобнее подавать высокое напряжение положительной полярности на изолированный катод. Обработку электродов можно производить либо поочередно, начиная с ближайшего к катоду, либо одновременно, что более эффективно. Дело в том, что совместная обработка электродов при тренировке позволяет исключить перенос загрязнений с электрода на электрод и одновременно обрабатывать большую площадь электродов и сократить время тренировки.
Таким образом, повышение вакуума путем поглощения положительных ионов остаточного газа при бомбардировке ими электрода, имеющего отрицательный потенциал, является наиболее эффективным. Однако при длительной бомбардировке положительными ионами начинается насыщение поверхности электродов газами, а затем под действием продолжающейся бомбардировки начинается их обратное выделение.
Во избежание отравления катода тренировку электродов начинают производить при выключенном накале. После повышения вакуума тренировка продолжается при включенном накале, чтобы поглотить выделяющиеся из катода газы.
При бомбардировке ускоренными ионами поверхности электрода возникает катодное распыление его материала. С ростом энергии и скорости бомбардирующих ионов коэффициент катодного распыления и эффективность поглощения газовых ионов возрастает, поэтому чтобы поглощенные электродами газы не могли диффундировать к поверхности и выделяться обратно в оболочку, ионную бомбардировку целесообразно производить только при больших энергиях ионов. Глубокое и прочное закрепление ионов в бомбардируемом электроде возможно только при высокой напряженности поля между электродами.
В процессе ионной бомбардировки анода одновременно бомбардируются, десорбируются и очищаются все другие, изолированные от катода электроды (сетка, траверсы, экраны и стенки оболочки). Механизм очистки от напылений и десорбции газовых молекул со стенок оболочки связан с образованием на них отрицательного заряда и последующей бомбардировкой их положительными ионами.
Использование автоэлектронной эмиссии вместо термоэлектронной позволяет путем подачи высокого напряжения на соответствующие электроды (даже при малых междуэлектродных расстояниях) эффективно очищать и повышать вакуум в закрытых и труднодоступных местах генераторных ламп.
Большим преимуществом метода повышения вакуума в лампах с одновременной ионной очисткой электродов является возможность селективно влиять на интенсивность поглощения отдельных составляющих остаточного газа. Различные газы, входящие в состав остаточных газов, имеют разные скорости поглощения, поэтому при изменении напряжения, подводимого к электродам, и времени его воздействия можно селективно изменять соотношение парциальных давлений остаточного газа. Другим преимуществом высоковольтной ионной тренировки является большая длительность времени сохранения (долговечность) эффекта повышения вакуума в лампах. Высоковольтная ионная тренировка обеспечивает наибольшую эффективность тренировки электродов ламп по сравнению с электронной тренировкой, и, тем более, очень часто практикуемой термической тренировкой (т.е. выдерживанием лампы под накалом в течение длительного времени).
Как известно, для повышения вакуума после откачки (в процессе производства) и для поддержания вакуума во время хранения и эксплуатации в лампах применяются пленочные (распыляемые) или объемные (пористые) газопоглотители. Понижение эффективности работы газопоглотителей вызвано рядом факторов:
- по мере работы газопоглотителя скорость поглощения газов довольно быстро уменьшается, особенно у пленочных, т.к. поверхностные слои поглотителя насыщаются, в то время как основная масса его с остаточными газами не реагирует;
- поглощение газопоглотителем одних газов подавляет поглощение других, причем активные (например, кислород) препятствуют поглощению менее активных и даже частично вытесняют их, заставляя десорбироваться;
- инертные газы не образуют с газопоглотителями химические соединения. Поглощение их определяется только физической адсорбцией (слабым электронным взаимодействием адсорбируемых атомов и адсорбента). В результате, инертные газы поглощаются незначительно.
Ионная обработка электродов в режиме автоэлектронной эмиссии (тренировка ламп) позволяет существенно повысить эффективность работы газопоглотителей в лампах перед вводом в эксплуатацию после хранения. Активизирование газопоглотителя ионной бомбардировкой производится путем создания на нем высокого потенциала отрицательной полярности, достаточного для обеспечения автоэлектронного тока между ним и любым из электродов ЭВП. В этом случае положительные ионы, разгоняясь до больших скоростей, бомбардируют газопоглотитель, разрушая пленку на его поверхности и глубоко проникая в его объем. Ионная бомбардировка газопоглотителя восстанавливает его эффективность, очищая и разрыхляя его поверхность, повышая сорбционную емкость и скорость газопоглощения. Восстановление и повышение эффективности газопоглотителя может производиться как при выключенном, так и при включенном накале, но при положительной полярности напряжения на катоде без токоотбора с него, что предохраняет катод от ионной бомбардировки.
Процесс восстановления активности газопоглотителя протекает очень быстро. В зависимости от типа газопоглотителя продолжительность его ионной активизации лежит в пределах от единиц секунд до единиц минут. Процесс активирования газопоглотителя контролируют по изменению ионного тока и прекращают, когда он достигнет минимального значения.
Тренировка лампы производится в схеме, приведенной на рисунке. Высокое напряжение отрицательной полярности от регулируемого источника постоянного или импульсного напряжения подается через балластный резистор R6 на анод тренируемой лампы (или положительной полярности — на катод). Напряжение, подводимое к тренируемой лампе, измеряется киловольтметром, состоящим из делителя напряжения R1-R2 и вольтметра, подключенного к его нижнему плечу. Ионный ток через лампу, контроль которого дает возможность производить оценку вакуума в приборе, измеряется микроамперметром, имеющим предел измерения тока 100 мкА и включенным последовательно с тренируемой пампой. Автоэлектронная эмиссия, ионизирующая остаточные газы, возникает при напряжениях, близких к электрической прочности междуэлектродных промежутков лампы, поэтому для предотвращения пробоя сопротивление балластного резистора должно быть на порядок больше сопротивления лампы при предпробойном токе. Если тренировочное напряжение превысит напряжение пробоя лампы, то при возрастании предпробойного тока увеличится падение напряжения на балластном резисторе, и пробой предотвращается.
Резисторы R6 и R1 составляются из нескольких последовательно включенных резисторов (например, МЛТ-2).
Оценка вакуума производится по величине ионного тока через лампу при фиксированном значении приложенного напряжения. Испытательное напряжение устанавливается экспериментально. В частности, для ламп ГУ-ЗЗБ и ГУ-34Б испытательное напряжение составляет соответственно 7,8 и 10 кВ, а ионный ток при отличном вакууме не должен превышать 15 мкА, при хорошем вакууме — 20 мкА, при удовлетворительном — 25 мкА.
Сетки лампы оставляют неподключенными. В процессе тренировки они приобретают высокий отрицательный потенциал. Повышение вакуума производится увеличением приложенного к лампе тренировочного напряжения. При включении тренировочного напряжения ионный ток резко спадает. Максимальное тренировочное напряжение не должно превышать четырехкратное максимально допустимое напряжения для конкретного типа лампы.
Тренировка ламп большой и средней мощностей длится до 5 мин. Увеличение длительности тренировки приводит к понижению вакуума. После тренировки напряжение понижают до испытательного значения и проверяют величину ионного тока. По статистике, при ионном токе больше установленных норм лампы имеют пониженную долговечность.
