INFLUENCE OF MAGNETIC FIELD ON SPECTRA OF ELECTROSTATIC OSCILLATIONS IN THE PLASMA OF THE E×B DISCHARGE

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Simultaneous measurements of the amplitude–frequency characteristics (AFCs) of oscillations of the derivative of the discharge current and the ion current at the frequencies of 20 kHz – 30 MHz in the plasma of a self-sustained 𝐸×𝐵 discharge in an accelerator with an anodic layer under conditions of a strong inhomogeneous magnetic field (the radial component is up to 𝐵𝑟𝐶 = 4200 G at the cathode; up to 𝐵𝑟𝐴 = 1010 G at the anode) have revealed both identical and different properties of oscillations of the derivative of discharge and ion currents. Common features are the discrete spectrum and, mainly, the cluster character of oscillations. The threshold magnetic field values of 𝐵𝑟𝐴 = 660–720 G, at which there is a rapid increase in the frequency of oscillations having a maximum amplitude up to 𝑓max ∼ 4.5 MHz, have been discovered. At the same time, there are jumps of the selected peaks of the amplitude–frequency characteristic from tens of kilohertz to hundreds of kilohertz in the frequency range of not higher than 1 MHz. The differences in the amplitude-frequency characteristics of the discharge current and ion current oscillations are the frequencies of discharge current oscillations with the maximum amplitude, which are ∼ 5 times lower than those of the ion current at 205 ⩽ 𝐵𝑟𝐴 ⩽ 660 G, sharp decay of 𝑓max for AFC of the discharge current, but sharp increase in 𝑓max for AFC of the ion current, when 𝐵𝑟𝐴 becomes larger than 820 G. The results of the measurement of characteristics are analyzed together with the plasma emission spectra in the wavelength range of 200–1100 nm and ion energy distributions in the range of 50–1200 eV measured in the same discharge modes. The possible origin of the generation of discharge and ion current oscillations during excitation of the modified two-stream and electron-cyclotron drift instabilities in the plasma of the 𝐸×𝐵 discharge for frequencies 𝑓 ⩽ 1 MHz are discussed. At higher frequencies, the influence of the axial instability of the flow of non-magnetized ions on the energy ion distribution is analyzed.

About the authors

N. A Strokin

Irkutsk National Research Technical University

Email: strokin85@inbox.ru
Irkutsk, Russia

A. V Rigin

Irkutsk National Research Technical University

Email: arseniy.rigin@mail.ru
Irkutsk, Russia

References

  1. Lashmore-Davies C.N., Martin T.J. // Nucl. Fusion. 1973. V. 13. Р. 193. https://doi.org/10.1088/0029-5515/13/2/007
  2. Choueiri E.Y. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. Р. 1411. https://doi.org/10.1063/1.1354644
  3. Smolyakov A.I., Chapurin O., Frias W., Koshkarov O., Romadanov I., Tang T., Umansky M., Raitses Y., Kaganovich I.D., Lakhin V.P. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2017. V. 59. Р. 014041. https://doi.org/10.1088/0741-3335/59/1/014041
  4. Boeuf J.-P., Smolyakov A. // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. Р. 050901. https://doi.org/10.1063/5.0145536
  5. Morozov A.I., Esipchuk Y.V., Kapulkin A., Nevrovskii V., Smirnov V.A. // Sov. Phys. Tech. Phys. 1972. V. 17. P. 482.
  6. Есипчук Ю.В., Морозов А.И., Тилинин Г.Н., Трофимов А.В. // ЖТФ. 1973. Т. 43 С. 1466.
  7. Tilinin G.N. // Sov. Phys. Tech. Phys. 1977. V. 22. P. 974.
  8. Litvak A.A., Raitses Y., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2004. V. 11. Р. 1701. https://doi.org/10.1063/1.1634564
  9. Khmelevskoi I.A., Tomilin D.A. // Plasma Phys. Rep. 2020. V. 46. P. 563. https://doi.org/10.1134/S1063780X20050050
  10. Khmelevskoi I.A., Shashkov A.S., Kravchenko D.A., Tomilin D.A., Krivoruchko D.D. // Plasma Phys. Rep. 2020. V. 46. Р. 627. https://doi.org/10.1134/S1063780X20060033
  11. Есипчук Ю.В., Тилинин Г.Н. // ЖТФ. 1976. Т. 46. С. 718.
  12. Von W. Rogowski, Steinhaus W. // Arch. Elektrotech. 1912. B. 1. Z. 141. https://doi.org/10.1007/BF01656479
  13. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Kazantsev A.V., and Strokin N.A. // Rev. Sci. Instrum. 2015. V. 86. Р. 053501. https://doi.org/10.1063/1.4920998
  14. Ригин А.В., Строкин Н.А. // Свид. гос. рег. прогр. ЭВМ 2022683136. 01.12.2022.
  15. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Kazantsev A.V., Strokin N.A. // Instrum. Exp. Tech. 2015. V. 58. Р. 359. https://doi.org/10.1134/S0020441215030045
  16. Sizonenko V.L. and Stepanov K.N. // Nucl. Fusion. 1967. P. 131. https://doi.org/10.1088/0029-5515/7/2-3/007
  17. Janhunen S., Smolyakov A., Chapurin O., Sydorenko D., Kaganovich I., Raitses Y. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. Р. 011608. https://doi.org/10.1063/1.5001206
  18. Ducrocq A., Adam J.C., Hеron A., Laval G. // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. Р. 102111. https://doi.org/10.1063/1.2359718
  19. Reza M., Faraji F., Knoll A. // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. Р. 032120. https://doi.org/10.1063/5.0176581
  20. Reza M., Faraji F., Knoll A. // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. Р. 032121. https://doi.org/10.1063/5.0176586
  21. Cavalier J., Lemoine N., Bonhomme G., Tsikata S., Honore C., Gresillon D. // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. Р. 082107. https://doi.org/10.1063/1.2359718
  22. Smolyakov A., Zintel T., Couedel L., Sydorenko D., Umnov A., Sorokina E., Marusov N. // Plasma Phys. Rep. 2020. V. 46. P. 496. https://doi.org/10.1134/S1063780X20050086
  23. Wong H.V. // Phys. Fluids. 1970. V. 13. P. 757. https://doi.org/10.1063/1.1692983
  24. Yamamoto N., Nakagawa T., Komurasaki K., Arakawa Y. // 27 Int. Electric Propulsion Conf., Pasadena, 2001. IEPC-01-055.
  25. Polzin K.A., Sooby E.S., Raitses Y., Merino E., Fisch N.J. // 31 Int. Electric Propulsion Conf., Ann Arbor, 2009. IEPC-2009-122.
  26. Koshkarov O., Smolyakov A.I., Romadanov I.V., Chapurin O., Umansky M.V., Raitses Y., Kaganovich I.D. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. Р. 011604. https://doi.org/10.1063/1.5017521
  27. Strokin N.A., Kazantsev A.V., Bardakov V.M., Thang The Nguyen, Kuzmina A.S. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. Р. 073501. https://doi.org/10.1063/1.5093778
  28. Marusov N.A., Sorokina E.A., Lakhin V.P., Ilgisonis V.I., Smolyakov A.I. // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. Р. 015002. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aae23d

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».