1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика плазмы
  4. T. 49, № 11, 2023

Физика плазмы, 2023, T. 49, № 11, стр. 1222-1236

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

С. Н. Иванов a, *, В. В. Лисенков a

a Институт электрофизики УрО РАН
Екатеринбург, Россия

* E-mail: stivan@iep.uran.ru

Поступила в редакцию 22.06.2023
После доработки 28.08.2023
Принята к публикации 01.09.2023

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.

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.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика плазмы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал