Генерация многозарядных ионов в нестационарных условиях горения вакуумного дугового разряда

• Автор: Бугаев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 123 с.

Введение. Неослабевающий интерес к исследованию вакуумного дугового разряда связан, прежде всего, с его использованием в сильноточных коммутаторах, ионноплазменных технологиях и источниках заряженных частиц. Привлекательность вакуумной дуги для практических применений обусловлена уникальными возможностями генерации в разряде такого типа металлической плазмы высокой плотности. Многогранность применений разряда определяет широкий спектр требований к его параметрам. В последнее время интерес к вакуумной дуге связан также и с возможностью генерации на ее основе сильноточных пучков многозарядных ионов. Повышение средней зарядности ионов делает возможным увеличение энергии ионного пучка при постоянном ускоряющем напряжении, а высокая эмиссионная способность катодного пятна вакуумной дуги позволяет получать интенсивные пучки ионов определенной зарядности, даже если их доля в плазме достаточно мала. Зарядовое состояние ионов в плазме напрямую связано с энергией, необходимой для поддержания разряда.


В , показано, что ионизация в катодной области вакуумной душ происходит за счет термализованных электронов плазмы, нагреваемых энергетичными эмиссионными электронами. Поскольку концентрация плазмы с удалением от катодного пятна, быстро спадает, на расстоянии порядка 0,1 мм от катода интенсивность ионизации в расширяющейся плазме уменьшается, приводя к эффекту закалки распределения ионов по зарядностям, которое при дальнейшем расширении плазмы изменяется слабо. Принцип неизменности зарядового распределения ионов, при удалении от катода, положен в основу модели ,, в которой из сравнения экспериментальных и расчетных зарядовых распределений ионов определялись размер области ионизации, температура электронов, концентрация ионов и нейтральных атомов в этой области. Недостатком данной модели является се эмпирический характер. Достоинством возможность, экстраполируя полученные параметры на новые материалы катодов и проводя расчет для их энергий ионизации, прогнозировать зарядовое распределение ионов для этих материалов катодов. Интересно также, что модель позволяет оценить долю нейтралов, испускаемых катодным пятном вакуумной дуги в период ее активного функционирования. Как и ожидалось, доля нейтральных атомов для большинства металлов не превышает единиц процентов, что еще раз подчеркивает эффективность использования плазмы вакуумной дуги в качестве эмтптера ионов. Зарядовые распределения, полученные в рассмотренных выше работах, сведены в таблицу 1. Из представленных распределений видно, что в плазме дуги, почти для всех материалов катода, за исключением углерода, присутствуют многозарядные ионы. В зависимости от атомного номера элементов.