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

Обложка

Цитировать

Полный текст

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.

Об авторах

С. Н. Иванов

Институт электрофизики УрО РАН

Email: stivan@iep.uran.ru
Россия, Екатеринбург

В. В. Лисенков

Институт электрофизики УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: stivan@iep.uran.ru
Россия, Екатеринбург

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.

© Российская академия наук, 2023

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».