Поверхности гарнисажа

Если к фотоэлементу, на фотокатод которого падает световой поток Ф ( 4.19), приложено анодное напряжение U&, то в цепи появится фототек /ф через нагрузочный резистор RH. Фототок, как следует из закона Столетова, при определенных условиях пропорционален световому потоку. Таким образом, энергетическая характеристика фототока вакуумного фотоэлемента практически линейна в большом диапазоне изменения световых потоков. При высоких значениях освещенностей энергетическая характеристика становится нелинейной, ее крутизна уменьшается из-за образования объемного заряда у поверхности фотокатода. Нелинейность энергетической характеристики фотоэлемента может явиться следствием «утомления» фотокатода, т. е. уменьшения чувствительности фотоэлемента при работе его в режиме нагрузки.

Освобождение электронов с поверхности фотокатода происходит за счет энергии света, проникающего в вещество фотокатода.

В настоящее время наиболее широко применяют кислородно-цезиевые фотокатоды в виде тонкой пленки чистого серебра, осаждаемой на непроводящее основание (например, стекло, слюду, керамику), поверхность которой покрытп сложным слоем, состоящим из оксидов цезия, серебра и чистого цезия. Атомы последнего образуют моноатомную пленку на поверхности фотокатода,

Вакуумные фотоэлементы практически безынерционны — электроны эмиттируют с поверхности фотокатода через 10~10—10~9 с после воздействия фотонов. Газонаполненные фотоэлементы весьма инерционны и могут нормально работать на частотах не более 10—20 кГц.

Принцип действия фотоэлементов с внешним фотоэффектом заключается в том, что кванты света, достигая чувствительной поверхности фотокатода, вызывают эмиссию фотоэлектронов, которые под действием внешнего электрического поля создают фототок.

На участке // объемный заряд отсутствует и все электроны, эмитированные катодом, попадают на анод (режим насыщения). Согласно закону Столетова увеличение интенсивности светового потока будет вызывать рост тока эмиссии, поэтому сила тока насыщения будет больше при больших Ф. Значение напряжения, соответствующее началу участка насыщения, определяется конструкцией прибора и возрастает при увеличении интенсивности светового потока из-за возрастания плотности объемного заряда у поверхности фотокатода.

Одним из основных требований, предъявляемых к электронно-оптическим системам ФЭУ, особенно быстродействующим, является минимальный разброс времен пролета электронов от поверхности фотокатода до первого динода (изохронность траекторий электронов). Неодинаковость времен пролета обусловлена разбросом начальных скоростей и неодинаковостью длин пробега электронов, вылетевших с различных участков фотокатода, неоднородностью электрических полей и рядом других факторов. Наилучшие результаты получаются во входных камерах со сферической

Фотоэлектронные умножители, предназначенные для регистрации коротких вспышек слабой интенсивности, должны иметь хорошее быстродействие (10~3—Ю-10 с) и высокую чувствительность. Способность ФЭУ выделять световые импульсы, незначительно различающиеся по интенсивности, характеризуется собственным амплитудным разрешением фотоэлектронного умножителя, которое тем выше, чем ниже уровень собственных шумов ФЭУ. Минимальные значения (нижний порог) интенсивности измеряемых потоков излучения определяются темновым током и шумами. Темповой ток ФЭУ обусловлен термоэлектронной и автоэлектронной эмиссией с поверхности фотокатода и динодов, токами утечки между электродами прибора.

Быстродействие ФЭУ оценивается по форме импульса на его выходе при освещении всей поверхности фотокатода световым импульсом с длительностью 3-10~9 с. На основе анализа формы выходного импульса определяют следующие импульсные параметры; т,(, — длительность фронта анодного импульса тока, которая измеряется между уровнями 0,1 и 0,9 амплитудного значения импульса /Дш; т0,5, TO,I —

Примером преобразователя изображения может служить супериконоскоп ( 24). Видимое изображение с помощью оптической системы / проецируется на полупрозрачной фотокатод 2, внутренняя поверхность которого покрыта слоем оксидов серебра и цезия. При освещении поверхности фотокатода происходит фотоэлектронная эмиссия. Причем чем выше освещенность, тем большее число электронов покидает фотокатод. В магнитном поле катушки переноса 3 и ускоряющем электрическом поле фотоэлектроны летят к мишени 4 по параллельным прямолинейным траекториям.

В реальных суперортиконах магнитное поле в секции переноса также нельзя сделать достаточно однородным. Напряженность поля у мишени оказывается несколько выше, чем у фотокатода, что объясняется близостью к фотокатоду края катушки. Углубить фотокатод в катушку не представляется возможным, так как край катушки в этом случае будет препятствовать размещению оптического объектива. Следует иметь в виду, что короткофокусные светосильные объективы должны быть расположены близко к поверхности фотокатода, чтобы создавать резкое уменьшение изображение объекта.

При плавке в гарнисаже имеют место все основные особенности, рассмотренные применительно к плавке в охлаждаемом тигле. Однако адсорбированный слой на границе гарнисажа и расплава может образоваться только при достаточно низкой температуре поверхности гарнисажа. Следует также учитывать нестабильность толщины гарнисажа, обычно имеющую место в практике. Это особенно существенно, поскольку в силу описанной ориентации вектора градиента температуры в гарнисаж диффундируют отдельные компоненты и примеси из расплава. При повторных плавках концентрация их в гарнисаже возрастает. В момент утоньшения гарнисажа обогащенный этими добавками его поверхностный слой растворяется в ванне. Описанное явление существенно затрудняет обеспечение однородности плавок по чистоте в гарнисажных печах.

где рп — плотность потока активной мощности электромагнитного поля в плоскости *i = 0, Вт/м2; xt — координата, отсчитываемая по внутренней нормали от поверхности гарнисажа, обращенной к стенке тигля, м; б г - толщина гарнисажа; м; Хг — его теплопроводность.

Специфические требования к параметрам индукционной печи, работающей с гарнисажем, сводятся к обеспечению возможности создания необходимого перегрева расплава Д/р = t0 — tnn и к возможности стационарного поддержания толщины гарнисажа бг, обеспечивающей необходимую прочность гарнисажной корочки. Последнее особенно важно при охлаждении наружной поверхности гарнисажа излучением. Здесь tо и Гпл - температура ядра расплава и границы расплава с гарнисажем (температура плавления).

Значение коэффициента теплоотдачи от расплава к внутренней поверхности гарнисажа а э существенно зависит от движения металла. Оно колеблется также в широких пределах в зависимости от чистоты поверхности стенки (наличие слоя оксидов, адсорбированных газовых и твердых частиц), а также от особенностей гидродинамики потока и схемы подвода тепла. Для грубо приближенного анализа процесса положим в основу оценки значений отношения аэ/Х известную критериальную зависимость Nu = 5,0 + 0,0021 Ре [17], где Nu = аэ/0/Х и Ре = = V0l0/a — числа Нуссельта и Пекле соответственно. Здесь V0 ^ характерное значение скорости; а — коэффициент температуропроводности.

Из табл. 13 видно, что при отсутствии циркуляции расплава плотность потока тепловых потерь, требуемая для достижения перепада температур Д/р = 50 °С, незначительна, а температура поверхности гарнисажа столь высока, что во избежание самопроизвольного утолщения

При наличии внутренних источников тепла в исследованиях поля температур необходимо учитывать характер распределения эффективной теплопроводности Хэ по сечению расплава, определяющийся движением металла. Для грубой оценки параметров процесса примем введенную в § 4 зависимость Хэ от нормальной координаты х (отсчитывается от внутренней поверхности гарнисажа, см. 1):

Примем поток активной энергии в загрузку ориентированным по внутренней нормали к ее поверхности. Плотность этого потока на наружной поверхности гарнисажа, на границе гарнисажа с расплавом и в произвольной точке загрузки с координатой Xj (отсчитывается от наружной поверхности гарнисажа) обозначим соответственно рг>п, Р„>п и р. Тогда

В зависимости от значений рг п определяется возможный способ теплоотвода от наружной поверхности гарнисажа: теплопроводностью через регулируемую теплоизоляцию, излучением (с использованием экранов или без них), либо форсированно — за счет контакта с искусственно охлаждаемыми поверхностями или струйного охлаждения.

Весьма существенно также влияние частоты тока, определяющее глубину зоны концентрации источников тепла в металле. С повышением /, что снижает значения Дэ пропорциональные 1/\/7Г облегчается отток тепла из расплава к границе его с гарнисажем и снижается Д^р. Для сохранения заданного значения Д?р приходится увеличивать плотность потока энергии, вводимой в расплав. Так, при повышении частоты от 50 до 2400 Гц, Рр увеличивается в десятки раз, что соответственно усложняет отвод тепла от поверхности гарнисажа и снижает тепловой КПД печи.

Для обеспечения требуемых значений Яп необходима тем большая мощность, чем выше используемая частота /. Реальность выбранного режима определяется возможностью снять эту мощность с поверхности гарнисажа излучением. Расчеты М.Г. Когана показали, что в большинстве случаев целесообразно использовать основную или утроенную промышленную частоту. Технологически предпочтительна частота 50 Гц, но она вызывает некоторые трудности технического характера.

Данные 50 показывают, что при плавлении титана можно достичь превышения температуры центральной зоны расплава на 300 °С над температурой плавления ?пл при температуре поверхности гарнисажа на 300°С ниже tnn.

В расчетах tn приведенный коэффициент теплового излучения системы загрузка — окружающая поверхность епр принят равным 0,6. Это значение для большинства материалов загрузки является завышенным. В [7] рекомендуется повышать коэффициент теплового излучения поверхности гарнисажа при помощи насечки или нарезки. Однако такая обработка не может быть повсеместной и, пользуясь данными 50, следует ориентироваться на несколько большие значения tn, чем показанные на нижней шкале исходя из фактических значений для конкретной садки и приближенной пропорциональности абсолютной температу-