Динамика ионных и электронных потоков в разрядной камере Пеннинга

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Двухжидкостная и двухтемпературная диффузионно-дрейфовая модель газоразрядной плазмы использована для численного исследования структуры разряда Пеннинга в цилиндрической разрядной камере при давлении молекулярного водорода 1 мТорр, напряжении между электродами 500–1000 В и индукции осевого магнитного поля 0.001–0.2 Тл. В расчетах получены два режима существования разряда Пеннинга, которые качественно отличаются по электродинамической структуре потоков заряженных частиц газоразрядной плазмы, а также переходные режимы и режимы погасания в слабом и сильном магнитном поле. Найдены условия, при которых в приосевых областях возникает осцилляционное движение электронных и ионных потоков. Показано, что результаты численного моделирования с использованием диффузионно-дрейфовой модели позволяют получить непротиворечивые данные в сравнении с экспериментом, при этом дают возможность получить представление о формировании структуры потоков частиц электроразрядной плазмы, что позволяет объяснить наблюдаемые экспериментальные данные.

Об авторах

С. Т. Суржиков

Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: surg@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Penning F.M. The Glow Discharge at Low Pressure Between Coaxial Cylinders in an Axial Magnetic Field// Fhysica III. 1936. № 9. Р. 873–894.
  2. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.
  3. Hirsch E.N. On the Mechanizm of The Penning Discharge // Brit. J. Appl. Phys. 1964. V. 15. Р. 1535–1544.
  4. Мамедов Н.В. Физические основы генерации ионных пучков в плазменных источниках нейтронных трубок: Уч. пособ. М.: Буки Веди, 2021. 388 с.
  5. Мамедов Н.В., Масленников С.П., Солодовников А.А., Юрков Д.И. Влияние магнитного поля на характеристики импульсного пеннинговского ионного источника// Физика плазмы. 2020. T. 46. № 2. стр. 172–185.
  6. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат. 1972. 304 с.
  7. Веников Н.И. Источники ионов для ускорителей. Препринт ИАЭ-3217. 1979. 54с.
  8. Loeb H.W. Plasma-based ion beam sources// Plasma Phys. Control. Fusion.2005. V. 47. B565–B576
  9. Габович М.Д., Плешивцев Н.В., Семашко Н.Н. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат. 1986. 249 с.
  10. Rovey J.L. Design parameter investigation of a cold-cathode Penning ion source for general laboratory applications// Plasma Sources Sci. Technol. 2008. 17. 035009. 7 pp.
  11. Коротаев Ю.В., Мешков И.Н., Поляков В.Н., Смирнов А.В., Сыресин Е.М., Лей Р., Транквилль Ж. Разряд Пеннинга в электронно-оптических приборах с магнитным сопровождением // Журнал технической физики. 1997. Вып. 11. С. 124–126.
  12. Рачков Р.С., Масленников С.П., Юрков Д.И. Исследование амплитудно-временных характеристик разряда Пеннинга в миниатюрных ионных источниках // Атомная энергия. 2019. Т. 127. Вып. 1. С. 39–43.
  13. Мамедов Н.В., Щитов Н.Н., Колодко Д.В., Сорокин И.А., Синельников Д.Н. Разрядные характеристики плазменного источника Пеннинга // ЖТФ. 2018. № 8. С. 1164–1171.
  14. Мамедов Н.В., Щитов Н.Н., Каньшин И.А. Исследование зависимостей эксплуатационных характеристик источника ионов Пеннинга от его геометрических параметров // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. Т. 16(4). http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-4/articles/590/
  15. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит. 2006. 576 с.
  16. Куликовский А.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика. М.: Физматгиз, 1962. 235 с.
  17. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука. 1966. 624 с.
  18. Мамедов Н.В., Масленников С.П., Пресняков Ю.К., Солодовников А.А., Юрков Д.И. Моды разряда пеннинговского ионного источника при импульсном и стационарном режиме питания // ЖТФ. 2019. Т. 89. Вып.9. С. 1367–1374.
  19. Dikalyuk A.S. Development of Particle-in-Cell Solver for Numerical Simulation of Penning Discharge. // AIAA 2017–0842. 2017. p. 22
  20. Rokhmanenkov A.S., Kuratov S.E. Numerical Simulation of Penning Gas Discharge in 2D/3D//J. Phys.: Conf. Ser. 1250. 2019. 012036
  21. Tyushev M., Papahn Zadeh M., Sharma V., Sengupta M., Raitses Y., Boeuf J.-P., Smolyakov A. Azimuthal structures and turbulent transport in Penning discharge // arXiv preprint arXiv:2210.16887. 2022.
  22. Surzhikov S.T. Theoretical and Computational Physics of Gas Discharge Phenomena. Series: Texts and Monographs in Theoretical Physics. de Gruyter: Berlin. 2020. 537 p.
  23. Surzhikov S.T. Diffusion-Drift Modeling of the Electrodynamic Structure of the Penning Discharge in Molecular Hydrogen// Fluid Dynamics. 2023. V. 50. № 8. 21 p.
  24. Суржиков С.Т. Двухмерная структура разряда Пеннинга в цилиндрической камере с осевым магнитным полем при давлении порядка 1 Торр // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43. Вып. 3. С. 64–71.
  25. Суржиков С.Т. Двумерная модель разряда Пеннинга в цилиндрической камере с осевым магнитным полем//Журнал технической физики. 2017. Т. 87. Вып. 8. С. 1165–1176.
  26. Суржиков С.Т., Куратов С.Е. Модифицированная диффузионно-дрейфовая модель разряда Пеннинга//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т. 15. Вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-6/articles/257/
  27. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука, 1984. 392 с.
  28. Баранов В.Б., Краснобаев К.В. Гидродинамическая теория космической плазмы. М.: Наука. 1977.
  29. Surzhikov S.T., Shang J.S. Two-component plasma model for two-dimensional glow discharge in magnetic field//Journal of Computational Physics. 2004. 199. Р. 437–464.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2024