Генерация убегающих электронов вблизи микронеоднородностей на поверхности катода в субнаносекундных самостоятельных разрядах в широком диапазоне высоких давлений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты численного 3D-моделирования развития электронной лавины, инициированной автоэмиссионным электроном, в небольшой по размеру области усиленного электрического поля вблизи микронеоднородности на катоде. Моделирование проводилось для разрядных промежутков с изначально однородным распределением электрического поля с приведенной напряженностью существенно меньшей, чем требуется по критерию убегания электронов. Исследовалась возможность перехода автоэмиссионных электронов, инициирующих лавины, и электронов в этих лавинах в режим убегания. Были рассмотрены микронеоднородности в виде конуса, капли металла, границы между порами или микрократерами. Расчеты проведены для азота в диапазоне давлений от атмосферного до 40 атм. Показано, что полученная вблизи микронеоднородности начальная энергия может существенно облегчить уход электрона в режим убегания. И электрон продолжит убегать в слабом, по критерию убегания, электрическом поле разрядного промежутка. Показано, что этот эффект особенно заметен при давлениях газа свыше 10 атм. Проведен сравнительный анализ результатов моделирования с полученными нами экспериментальными данными по коммутационным характеристикам разрядного промежутка, заполненного азотом, при воздействии на него импульсами напряжения с субнаносекундными фронтами различной крутизны. Это позволило разделить диапазоны экспериментальных условий на те, когда для убегания электронов достаточно только усиления электрического поля вблизи микронеоднородности, и когда для убегания дополнительно необходимо электрическое поле лавины критического или близкого к критическому размера.

Об авторах

С. Н. Иванов

Институт электрофизики УрО РАН

Email: stivan@iep.uran.ru
Россия, Екатеринбург

В. В. Лисенков

Институт электрофизики УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: stivan@iep.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: Наука, 1982.
  2. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М.: Наука, 1991.
  3. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах / Пер. с нем. под ред. В.С. Комелькова. М.: Мир, 1968.
  4. Месяц Г.А., Бычков Ю.И., Кремнев В.В. // УФН. 1972. Т. 107. С. 201.
  5. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. // УФН. 1990. Т. 160. С. 49.
  6. Babich L.P. High-energy Phenomena in Electric Discharges in Dense Gases. Theory, Experiment and Natural Phenomena. ISTC Science and Technology Series. V. 2. Arlington, Virginia: Futurepast, 2003.
  7. Генерация убегающих электронов и рентгеновского излучения в разрядах повышенного давления / Под ред. В.Ф. Тарасенко. Томск: ООО “СТТ”, 2015.
  8. Ivanov S.N. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. P. 055001.https://doi.org/10.1088/1361-6595/ac6693
  9. Frankel S., Highland V., Sloan T., Van Dyck O., Wales W. // Nucl. Instrum. Methods. 1966. V. 44. P. 345.
  10. Станкевич Ю.Л., Калинин Н.С. // ДАН СССР. 1967. Т. 177. С. 72.
  11. Noggle R.C., Kriger E.P., Wayland J.R. // J. Appl. Phys. 1968. V. 39. P. 4746.
  12. Кремнев В.В., Курбатов Ю.А. // ЖТФ. 1972. Т. 42. С. 795.
  13. Тарасова Л.В., Худякова Л.Н., Лойко Т.В., Цукерман В.А. // ЖТФ. 1974. Т. 44. С. 564.
  14. Гуревич А.В. // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. С. 1296.
  15. Бабич Л.П., Станкевич Ю.Л. // ЖТФ. 1972. Т. 42. С. 1669.
  16. Станкевич Ю.Л. // ЖТФ. 1970. Т. 40. С. 1476.
  17. Павловский А.И., Бабич Л.П., Лойко Т.В., Тарасо-ва Л.В. // ДАН СССР. 1985. Т. 281. С. 1359.
  18. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  19. Bakhov K.I., Babich L.P., Kutsyk I.M. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2000. V. 28. P. 1254.https://doi.org/10.1109/27.893314
  20. Лисенков В.В., Иванов С.Н., Мамонтов Ю.И., Тихонов И.Н. // ЖТФ. 2018. Т. 88. С. 1912.https://doi.org/10.21883/JTF.2018.12.46798.68-18
  21. Иванов С.Н., Шарыпов К.А. // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42. С. 102.
  22. Тарасенко В.Ф., Белоплотов Д.Ф., Ломаев М.И. // Физика плазмы. 2015. Т. 41. С. 902.https://doi.org/10.7868/S0367292115100091
  23. Yatom S., Shlapakovski A., Beilin L., Stambulchik E., Tskhai S. and Krasik Ya.E. // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. P. 064001.https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/6/064001
  24. Burachenko A.G., Tarasenko V.F., Baksht E.K. // High Voltage. 2017. V. 2. P. 56.https://doi.org/10.1049/hve.2017.0016
  25. Tarasenko V.F., Baksht E.K., Beloplotov D.V., Burachenko A.G., Sorokin D.A., Lomaev M.I. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. P. 424001.https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad8dc
  26. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004.
  27. Gurevich A.V., Milikh G.M., Roussel-Dupre R. // Phys. Lett. A. 1992. V. 165. P. 463.
  28. Gurevich A.V., Milikh G.M., Roussel-Dupre R. // Phys. Lett. A. 1994. V. 187. P. 197.https://doi.org/10.1016/0375-9601(94)90062-0
  29. Gurevich A.V., Zybin K.P. // Phys. Lett. A. 2004. V. 329. P. 341.https://doi.org/10.1016/j.physleta.2004.06.094
  30. Бабич Л.П., Бочков Е.И., Куцык И.М. // ЖЭТФ. 2011. Т. 139. С. 1028.
  31. Бабич Л.П., Бочков Е.И., Куцык И.М. // // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 99. С. 452.https://doi.org/10.7868/S0370274X14070066
  32. Ivanov S.N. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. P. 285201.https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/28/285201
  33. Зубарев Н.М., Иванов С.Н. // Физика плазмы. 2018. Т. 44. С. 397.https://doi.org/10.7868/S0367292118040108
  34. Иванов С.Н., Шарыпов К.А. // ЖТФ. 2015. Т. 85. С. 64.
  35. Verboncoeur J.P., Langdon A.B., Gladd N.T. // Computer Physics Communications. 1995. V. 87. P. 199.
  36. Лисенков В.В., Шкляев В.А. // ЖТФ. 2014. Т. 84. С. 43.
  37. Lisenkov V.V., Shklyaev V.A. // Physics of Plasmas. 2015. V. 22. P. 113507. https://doi.org/10.1063/1.4935398
  38. Shklyaev V.A., Belomyttsev S.Ya., Ryzhov V.V. // J. Applied Phys. 2012. V. 112. P. 113303.https://doi.org/10.1063/1.4768912
  39. Иванов С.Н., Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Ялан-дин М.И. // ПТЭ. 2000. № 5. С. 51.
  40. Месяц Г.А., Яландин М.И., Реутова А.Г., Шары-пов К.А., Шпак В.Г., Шунайлов С.А. // Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 1. С. 34.
  41. Naidis G.V., Tarasenko V.F., Babaeva N.Y. and Loma-ev M.I. // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. P. 013001.https://doi.org/10.1088/1361-6595/aaa072
  42. Дядьков А.Н., Иванов С.Н., Ульмаскулов М.Р. // ПТЭ. 1998. № 3. С. 69.
  43. Korolev Yu.D., Bykov N.M. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2012. V. 40. P. 2443. https://doi.org/10.1109/TPS.2011.2178041
  44. Ефремов А.М., Ковальчук Б.М., Королев Ю.Д. // ЖТФ. 2012. Т. 82. С. 52.
  45. Мик Д., Крэгс Д. Электрический пробой в газах. М.: ИЛ., 1960.
  46. Иванов С.Н. // ДАН. 2004. Т. 399. С. 472.
  47. Иванов С.Н., Литвинов Е.А., Шпак В.Г. // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32. С. 23.
  48. Королев Ю.Д., Быков Н.М., Иванов С.Н. // Физика плазмы. 2008. Т. 34. С. 1104.
  49. Иванов С.Н., Лисенков В.В., Шпак В.Г. // ЖТФ. 2008. Т. 78. С. 62.
  50. Иванов С.Н., Лисенков В.В. // ЖТФ. 2010. Т. 80. С. 54.
  51. Ivanov S.N., Lisenkov V.V., Shpak V.G. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. P. 315204.https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/31/315204
  52. Ivanov S.N., Shpak V.G. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2011. V. 39. P. 2596.https://doi.org/10.1109/TPS.2011.2157173
  53. Ivanov S.N., Lisenkov V.V. // Journal of Applied Physics. 2018. V. 124. P. 103304.https://doi.org/10.1063/1.5024974
  54. Ivanov S.N., Lisenkov V.V., Mamontov Y.I. // Plasma Sources Sci. Technol. 2021. V. 30. P. 075021.https://doi.org/10.1088/1361-6595/abf31f
  55. Ivanov S.N., Shklyaev V.A., Grishkov A.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1115. P. 022038.https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/2/022038
  56. Иванов С.Н., Лисенков В.В. // Физика плазмы. 2018. Т. 44. С. 323.https://doi.org/10.7868/S0367292118030046
  57. Lisenkov V.V., Mamontov Y.I. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1141. P. 012051.https://doi.org/10.1088/1742-6596/1141/1/012051
  58. Kieffer L.J., Dunn G.H. // Rev. Modern Phys. 1966. V. 38. P. 1.
  59. Гашков М.А., Зубарев Н.М., Зубарева О.В., Месяц Г.А., Уйманов И.В. // ЖЭТФ. 2016. Т. 149. С. 896.https://doi.org/10.7868/S0044451016040180
  60. Mesyats G.A., Zubarev N.M. // J. Applied Phys. 2015. V. 117. P. 043302.https://doi.org/10.1063/1.4906559
  61. Гашков М.А., Зубарев Н.М., Месяц Г.А., Уйманов И.В. // Письма ЖТФ. 2016. Т. 42. С. 48.

© С.Н. Иванов, В.В. Лисенков, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах