Кратко — основные причины и защита.
Механизмы образования плазмы и пробоев
- Полевая эмиссия с неровных участков/микропротрузий. Локальное усиление поля $E_{\text{local}}=\beta E$ даёт большой ток электронов (Fowler–Nordheim):
$$J\sim A\frac{E^2}{\varphi }\exp (-B\frac{{\varphi }^{3/2}}{E}),$$
где $\varphi$ — работа выхода, $A,B$ — константы.
- Ускорение эмиттированных электронов микроволновым полем, образование вторичных электронов при ударах — мультипактор (резонансная накопительная электронная лавина) при условии ${\delta }_{\text{SEY}}>1$ и совпадении времени пролёта с полупериодом:
$$t_{\text{flight}}=\frac{n}{2f},n\in \mathbb{N}.$$ - Если плотность электронов/ток велика — локальный перегрев или «взрывная эмиссия» → образование плазменного пятна и вакуумной дуги (arc). Плазма даёт резкое снижение сопротивления и пробойный канал.
- Ионизация остаточного газа и адсорбированных слоёв может ускорить развитие разряда, но при высоком вакууме ключевой фактор — именно эмиссия и вторичные электроны.
Ключевые геометрические факторы
- Острые кромки, микропротрузии и шероховатость → большой $\beta$.
- Мелкие зазоры и параллельные пластины: если амплитуда электронной осцилляции сопоставима с размерами зазора, возможен мультипактор. Амплитуда колебаний при частоте $\omega$:
$$x_{\text{osc}}=\frac{e{E}_0}{m{\omega }^2}.$$ Пример: при $f=2.45\text{GHz}$, $E_0=1\text{MV/m}$ получаем $x_{\text{osc}}\sim 0.7\text{mm}$ — значит зазоры миллиметрового масштаба уязвимы.
- Резонансные стоячие волны/высокое $Q$ усиливают локальные поля в антинодах.
- Диэлектрики/тройные соединения металл–диэлектрик–вакуум (triple junction) — местные усиления и поверхностный flashover.
- Неидеальные переходы в волноводах, отверстия, тонкие кромки, отверстия под фланцы — горячие точки.
Как защитить оборудование (практические меры)
- Конструктивно:
- Убрать острые кромки, скруглить переходы, шлифовать/полировать критические поверхности.
- Минимизировать параллельные зазоры, избегать размеров, соответствующих мультипактор-резонансам для вашей частоты.
- Снизить $Q$ или смещать положение возбуждения, чтобы не формировались устойчивые антиноды.
- Поверхности и покрытия:
- Нанести низко-SEY покрытия (TiN, аморфный углерод и т.п.), уменьшить ${\delta }_{\text{SEY}}$.
- Уменьшить загрязнения и адсорбаты: тщательно очистить и запечь (bake‑out).
- Активные меры:
- Установка электродов/«clearing» bias для удаления электронов (DC смещение).
- Магнитное поле/соленоид для ограничения траекторий электронов (сепарация).
- Защита схемы и быстрое реагирование:
- Ограничители тока, серии резисторов или демпфирование энергии в тракте для уменьшения энергии, доступной дуге.
- Быстрая аппаратная защита: детекторы дуги/осцилляции, детекторы отражённой мощности, датчики повышения давления, автоматическое отключение мощности при тревоге.
- Использовать циркуляторы/изоляторы и нагрузочные линии, чтобы защитить источник.
- Операционные меры:
- Плавный нарастание мощности и RF‑кондиционирование (прогон при возрастающей мощности для выжигания слабых эмиттеров).
- Мониторинг горячих точек (термо/оптические датчики), логирование отражённой мощности и давления.
Короткий план действий при повторяющихся пробоях
- Немедленно снизить мощность/выключить источник.
- Визуально/микроскопически проверить поверхности на прожоги, микроповреждения, загрязнения.
- Осмотреть и переработать геометрию острых кромок и зазоров; при возможности нанести низко‑SEY покрытие.
- Добавить быстрые интерлоки (arc, reflected power, pressure) и ограничение энергии в тракте; провести RF‑кондиционирование.
Если нужно — могу помочь оценить критичность конкретных зазоров/частот (подставите параметры: $f$, $E_0$, размеры зазоров, материалы) и подобрать конкретные защитные меры.