Kinetic Theory of Expansion of Two-Component Plasma in a Plane Vacuum Diode

A. O. Kokovin; Коковин А. О.; V. Yu. Kozhevnikov; Кожевников В. Ю.; A. V. Kozyrev; Козырев А. В.; V. S. Igumnov; Игумнов В. С.; N. S. Semenyuk; Семенюк Н. С.

doi:10.31857/S1024708423600446

КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСШИРЕНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ ПЛАЗМЫ В ПЛОСКОМ ВАКУУМНОМ ДИОДЕ

Авторы: Коковин А.О.¹, Кожевников В.Ю.¹, Козырев А.В.¹, Игумнов В.С.¹, Семенюк Н.С.¹
Учреждения:
1. Институт сильноточной электроники СО РАН
Выпуск: № 6 (2023)
Страницы: 183-191
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/1024-7084/article/view/231751
DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708423600446
EDN: https://elibrary.ru/VAMYHA
ID: 231751

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлены результаты исследования начальной стадии расширения бесстолкновительной плазмы с током в плоский вакуумный промежуток на базе кинетических уравнений для электронов и ионов и уравнения Пуассона для электрического поля. Теоретически смоделирована самосогласованная динамика двухкомпонентной плазмы и электрического поля, подробно описан фундаментальный механизм установления сверхтепловых скоростей заряженных частиц и рассчитаны параметры анодонаправленных потоков положительных ионов в плазме катодного факела. Наблюдаемые в вакуумных дугах скорости расширения плазмы катодного факела на уровне (1–5) × 10⁶ см/с могут быть объяснены в рамках предложенного бесстолкновительного механизма.

Ключевые слова

вычислительная физическая кинетика, вакуумный пробой, аномальное ускорение ионов

Список литературы

Boxman R.L., Sanders D., Martin P. Vacuum Arc Science and Technology. Noyes, Park Ridge, NJ. 1995. 539 p.
Месяц Г.А. Взрывная электронная эмиссия. М.: Физматлит. 2011. 280 с.
Hantzsche E. Mysteries of the arc cathode spot: A retrospective glance // IEEE Trans. on Plasma Science. 2003. V. 31. № 531. P. 799–808.
Oks E.M., Savkin K.P., Yushkov G.Y., Nikolaev A.G., Anders A. and Brown I.G. Measurement of total ion current from vacuum arc plasma sources // Rev. Sci. Instr. 2006. V. 77. № 3. P. 03B504.
Окс Е.М., Юшков Г.Ю., Бугаев А.С., Кринберг И.А. О механизме ускорения ионов в плазме вакуумного дугового разряда // ДАН. 2001. Т. 378. № 1. С. 41–43.
Anders A. Ion charge state distributions of vacuum arc plasmas: The origin of species // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. № 1. P. 969–981.
Власов А.А. О вибрационных свойствах электронного газа // УФН. 1967. Т. 93. № 3. С. 444–470.
Kozhevnikov V.Yu., Kozyrev A.V., Semeniuk N.S. Modeling of Space Charge Effects in Intense Electron Beams: Kinetic Equation Method Versus PIC Method // IEEE Trans. on Plasma Science. 2017. V. 45. № 10. P. 2762–2766.
Xiong T., Qiu J.M., Xu Z., Christlieb A. High order maximum principle preserving semi-Lagrangian finite difference WENO schemes for the Vlasov equation // J. Comp. Phys. 2014. V. 273. P. 618–639.
Yoshida H. Construction of higher order symplectic integrators // Phys. Lett. A. 1990. V. 150. № 5. P. 262–268.
Калиткин Н.Н., Альшин А.Б., Альшина Е.А., Рогов Б.В. Вычисления на квазиравномерных сетках. М.: Физматлит. 2005. 224 с.
Kozyrev A., Kozhevnikov V., Semeniuk N. Why do Electrons with “Anomalous Energies” appear in High-Pressure Gas Discharges? // EPJ Web of Conferences. 2018. V. 167. P. 01005.
Zubarev N.M., Kozhevnikov V.Y., Kozyrev A.V., Mesyats G.A., Semeniuk N.S., Sharypov K.A. Mechanism and dynamics of picosecond radial breakdown of a gas-filled coaxial line // Plasma Sour. Sci. Tech. 2020. V. 29. № 12. P. 125008.
Баренгольц С.А., Казаринов Н.Ю., Месяц Г.А., Перельштейн Э.А., Шевцов В.Ф. Моделирование процесса формирования глубокой потенциальной ямы в вакуумном диоде // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. № 4. С. 64–70.
Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей: Т. 1 // М.: Атомиздат, 1970. 294 с.