ФИЦ Красноярский научный центр
Авторы: А.В. Ушаков, И.В. Карпов, Л.Ю. Федоров
Проект Российского научного фонда № 16-19-10054 (19-19-13003)
Тип результата: фундаментальный
В данной работе на основе экспериментальных исследований влияния давления газовой смеси на размер и остаточные напряжения нанодисперсных частиц для теоретического анализа применена числовая модель, основанная на численном решении уравнения дрейфа-диффузии. Оно описывает изменение плотности электронов и ионов, благодаря взаимному эффекту процессов многоэлектронной, лавинной и ступенчатой ионизации, с учетом процессов рекомбинации из-за потери энергии за счет упругого столкновения между электроном и молекулой нейтрального пара, потери электронов из-за диффузии из зоны катодного пятна.
По итогам работы представлена математическая модель процессов ионизации в низкотемпературной плазме прикатодной области вакуумной дуги. Показано, что благодаря неравновесным процессам, на границе плазмы возникают волны Лэнгмюра, которые приводят к многоступенчатой ионизации металлического пара. На границе контакта катода с плазменным столбом возникает двойной электрический слой, удерживающий горячие электроны в центральной зоне разряда. Вблизи поверхности катода фокусируется большая удельная мощность, обусловленная эмиссионным током, которая обеспечивает непрерывное поступление металлического пара. Это является основным критерием существования и самоподдержания катодного пятна вакуумной дуги и определяет устойчивость работы дуговых испарителей в целом. Сделан вывод об искровой природе катодного пятна.
Публикации:
Ushakov A.V., Karpov I.V., Shaihadinov A.A., Fedorov L.Yu., Goncharova E.A., Demin V.G. Ionization features in cathode spot region of vacuum arc // Vacuum. 2020. Vol. 179, P. 109509. doi: 10.1016/j.vacuum.2020.109509. IF (WoS) – 2.906, Q1.
