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

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of study of the initial stage of expansion of a collisionless plasma with the electric current into a plane vacuum gap on the basis of kinetic equations for electrons and ions and the Poisson equation for the electric field are given. Self-consistent dynamics of a two-component plasma and electric field are theoretically modeled and the fundamental mechanism for establishing superthermal velocities of charged particles is described in detail. The parameters of anode-directed flows of positive ions in the cathode plume plasma are calculated. The expansion velocities of the cathode plume plasma observed in vacuum arcs at the level of (1−5) × 106 cm/s can be explained within the framework of the proposed collisionless mechanism.

About the authors

A. O. Kokovin

Institute of High Current Electronics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: Vasily.Y.Kozhevnikov@ieee.org
Tomsk, Russia

V. Yu. Kozhevnikov

Institute of High Current Electronics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: Vasily.Y.Kozhevnikov@ieee.org
Tomsk, Russia

A. V. Kozyrev

Institute of High Current Electronics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: Vasily.Y.Kozhevnikov@ieee.org
Tomsk, Russia

V. S. Igumnov

Institute of High Current Electronics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: Vasily.Y.Kozhevnikov@ieee.org
Tomsk, Russia

N. S. Semenyuk

Institute of High Current Electronics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: Vasily.Y.Kozhevnikov@ieee.org
Tomsk, Russia

References

  1. Boxman R.L., Sanders D., Martin P. Vacuum Arc Science and Technology. Noyes, Park Ridge, NJ. 1995. 539 p.
  2. Месяц Г.А. Взрывная электронная эмиссия. М.: Физматлит. 2011. 280 с.
  3. Hantzsche E. Mysteries of the arc cathode spot: A retrospective glance // IEEE Trans. on Plasma Science. 2003. V. 31. № 531. P. 799–808.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Anders A. Ion charge state distributions of vacuum arc plasmas: The origin of species // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. № 1. P. 969–981.
  7. Власов А.А. О вибрационных свойствах электронного газа // УФН. 1967. Т. 93. № 3. С. 444–470.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Yoshida H. Construction of higher order symplectic integrators // Phys. Lett. A. 1990. V. 150. № 5. P. 262–268.
  11. Калиткин Н.Н., Альшин А.Б., Альшина Е.А., Рогов Б.В. Вычисления на квазиравномерных сетках. М.: Физматлит. 2005. 224 с.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей: Т. 1 // М.: Атомиздат, 1970. 294 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (715KB)
3.

Download (112KB)
4.

Download (63KB)

Copyright (c) 2023 В.Ю. Кожевников, А.В. Козырев, В.С. Игумнов, Н.С. Семенюк, А.О. Коковин

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».