Зажигание самостоятельного Е×В-разряда; «вклад ионов» в понимание процесса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Определены критические значения напряжения и индукции зажигания для самостоятельного плазменного разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях как на индивидуальных инертных газах, так и на их смесях, как плазмообразующих средах. В качестве параметров, позволивших визуализировать зажигание E×B-разряда, использовались ток ионов и производная индукционного тока разряда. Приведены временны́е характеристики процесса. Обнаружена двойная структура тока ионов (тока разряда) в процессе зажигания. Исходным состоянием рабочей среды для первого скачка разрядного тока является нейтральный газ; для второго — плазма. На распределениях ионов по энергии, полученных в процессе зажигания, выделяется пик ионов, рожденных в прикатодной области, и широкий по энергии спектр, отвечающий разрядному промежутку. Показан различный характер зажигания разряда для пеннинговских пар при изменении роли газа в плазмообразующей смеси: основной или примесь. Установлено, что свойства разряда определяются в числе прочего особенностями формирования распределения электрического потенциала в прикатодном слое.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. A. Строкин

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: strokin85@inbox.ru
Россия, Иркутск

А. В. Ригин

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: strokin85@inbox.ru
Россия, Иркутск

Список литературы

  1. Brown S.C. Introduction to electrical discharges in gases (John Wiley & Sons, New York, London, Sydney, 1966). Available at: http://experimentationlab.berkeley.edu/sites/default/files/ Electrical-Discharges-In-Gases.pdf)
  2. Raizer Y.P. Gas Discharge Physics (Springer, Berlin, 1991). Available at: https://link.springer.com/book/9783642647604
  3. Gallo C.F. // IEEE Trans. Ind. Appl. 1975. V. IA-13. P. 739. doi: 10.1109/TIA.1975.349370
  4. Baranov O., Bazaka K., Kersten H., Keidar M., Cvelbar U., Xu S., Levchenko I. // Appl. Phys. Rev. 2017. V. 4. Р. 041302. doi: 10.1063/1.5007869
  5. Liu W., Zhang G., Jin C., Xu Y., Nie Y., Shi X., Sun J., and Yang J. // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 121. Р. 073301. doi: 10.1063/5.0092988
  6. Abolmasov S.N. // Plasma Sourc. Sci. Technol. 2012. V. 21. Р. 035006. doi: 10.1088/0963-0252/21/3/035006
  7. Michiels M., Leonova K., Godfroid T., Snyders R., and Britun N. // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 121. Р. 051603. doi: 10.1063/5.0096128
  8. Goebel D.M. and Katz I. FundamenAALs of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters (John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2008). Available at: https://descanso.jpl.nasa.gov/SciTechBook/series1/Goebel_cmprsd_opt.pdf.
  9. Keidar M. // Plasma Sourc. Sci. Technol. 2015. V. 24. Р. 033001. doi: 10.1088/0963-0252/24/3/033001
  10. Keidar М. and Robert E. // Phys. Plasmas. 2015. V. 22. Р. 121901. doi: 10.1063/1.4933406
  11. Xu Z., Lan Y., Ma J., Shen J., Han W., Shuheng H.U., Chaobing Y.E., Wenhao X.I., Zhang Y., Yang C., Zhao X., Cheng C. // Plasma Sci. Technol. 2020. V. 22. Р. 103003. doi: 10.1088/2058-6272/ab9ddd
  12. Townsend J.S. // J. Sci., Ser. 6. 1913. V. 26. P. 730. doi: 10.1080/14786441308635017
  13. Townsend J.S., Gill E.W.B. // J. Sci. Ser. 7. 1938. V. 26. P. 290. doi: 10.1080/14786443808562125
  14. Blevin H.A., Haydon S.C. // Aust. J. Phys. 1958. V. 11. P. 18. doi: 10.1071/PH580018
  15. Valle G. // Nuovo Cimento. 1950. V. 7. P. 174. doi: 10.1007/BF02781871
  16. Heylen A.E.D., Eng C. // IEE Proc. 1980. V. 127. P. 221. doi: 10.1049/ip-a-1.1980.0034
  17. Nikulin S.P. // Tech. Phys. 1998. V. 43. P. 795. doi: 10.1134/1.1259092
  18. Ellison C.L., Raitses Y., Fisch N.J. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2011. V. 39. P. 2950. doi: 10.1109/TPS.2011.2121925
  19. Penning F.M. // Naturwiss. 1927. V. 15. P. 818. doi: 10.1007/BF01505431
  20. Penning F.M. // Z. Phys. 1929. V. 57. P. 723. doi: 10.1007/BF01340651
  21. Penning F.M. // Physica. 1934. V. 1. P. 1028. doi: 10.1016/S0031-8914(34)80297-2
  22. Strokin N.A., Bardakov V.M. // Plasma Phys. Rep. 2019. V. 45. P. 46. doi: 10.1063/1.4846898
  23. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Kazantsev A.V., Strokin N.A. // Rev. Sci. Instrum. 2015. V. 86. 053501. doi: 10.1063/1.4920998
  24. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Kazantsev A.V., Strokin N.A. // Instrum. Exp. Tech. 2015. V. 58. No. 3. P. 359. doi: 10.1134/S0020441215030045
  25. Lai S.T. // AIP Adv. 2020. V. 10. Р. 095324. doi: 10.1063/5.0014266
  26. Ohayon B., Wahlin E., Ron G. // J. Instrum. 2015. V. 10. Р. 03009. doi: 10.1088/1748-0221/10/03/P03009

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) — Схема разрядного промежутка УАС; (б) — пример распределения радиальной компоненты индукции магнитного поля вдоль разрядного промежутка; d = 6 мм; D = 10 мм; Н ≈ 14 мм — область эмиссии электронов с поверхности катода

Скачать (155KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Неон, скорость напуска q = 120 sccm, Uig = 840 В, Big = 0.24 Тл; кривая 1 — сигнал с пояса Роговского; 2 — сигнал с ионного датчика; масштаб по оси времени M = 250 мкс/дел

Скачать (158KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Левые ветви кривых зажигания E×B-разряда в УАС при Uig ≈ 840 В: (а) – 1 — Kr (q = 5 sccm), 2 — Ar (q = 10 sccm), 3 — Ne (q = 60 sccm), 4 — Ne (q = 50 sccm); (б) – 1 — Kr, 2 — Ar, 3 – Ne. Здесь и далее на всех рисунках параметр q выражен в единицах sccm (стандартные кубические сантиметры в минуту при плотности, определяемой стандартными условиями для температуры и давления)

Скачать (135KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Левые ветви кривых зажигания: 1 — Ne (q = 60 sccm) плюс Kr, скорость напуска которого изменялась (q — var); 2 — Ne (q = 60 sccm) + Ar (q — var); Uig ≈ 825 В

Скачать (54KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (а) — набор левых ветвей кривых зажигания для смесей аргона, криптона и неона: кривая 1 — Kr (q = 3 sccm) + Ne (q = 30 sccm); 2 — Ar (q = 5 sccm) + Ne (q = 30 sccm); 3 — Kr (q = 3 sccm) + Ar (q = 3 sccm) + Ne (q = 40 sccm); (б) — зависимости Big = f(q): 1 — Kr (q = 7 sccm) + Ne (q — var); 2 — Ar (q = 10 sccm) + Ne (q — var); Uig ≈ 830 В

Скачать (121KB)
Метаданные
7. Рис. 6. (а) — ионный ток в процессе зажигания Е×В-разряда: аргон (q = 5 sccm), dUЭЗП/dt = 2 В/30 мс, Uig = 940 В, ВIig = 0.145 Тл, ВIIig = 0.172 Тл; b — Big = f(Uig) для смеси Kr (q = 4 sccm) + Ne (q = 50 sccm): 1 — режим I (зажигание газ → плазма), 2 — режим II (зажигание плазма → плазма); (б) — Big = f(Uig) для Ne (q = 70 sccm): кривая 1 — газ–плазма (режим I), 2 — плазма–плазма (режим II)

Скачать (142KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Потенциал плазмы в прикатодной области, аргон: (а) — Р = 9 ⋅ 10–5 Торр, Ud = 1160 В; (б) — 1 — BK = 0.427 Тл, Ud = 1160 В; 2 — BK = 0.45 Тл, Ud = 670 В

Скачать (115KB)
Метаданные
9. Рис. 8. (а) — ток ионов с коллектора ЭЗП; (б) — энергетический спектр ионов. Uig = 800 В, Big = 0.184 Тл; аргон, q = 12 sccm; dUЭЗП/dt = 10 В / 20 мс

Скачать (136KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024