Моделирование сильноточного несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом при низком давлении

Abstract

Приведены результаты теоретического и компьютерного моделирования сильноточного несамостоятельного тлеющего разряда низкого давления в плазменном источнике. Аналитическая модель отражает основные закономерности и показывает взаимосвязь параметров плазмы в полом катоде. Продемонстрировано применение дрейфово-диффузионного представления для численного моделирования генерации плазмы низкого давления в плазменном катоде источника электронов на основе дугового разряда и в полом катоде несамостоятельного тлеющего разряда. Показано, что распределение плотности эмиссионной плазмы источника электронного тока управляется расположенным внутри него перераспределяющим электродом, а распределение плотности плазмы тлеющего разряда существенно зависит от геометрического фактора (форма катода, анода, эмиссионная поверхность источника электронов) и от расположения источника электронного тока. Согласие результатов компьютерного моделирования с экспериментами указывает на возможность применения математического моделирования при оптимизации имеющихся и разработке новых плазменных источников с наименьшей степенью неоднородности распределения плазмы основного (тлеющего) разряда в разрядной катодной полости, что чрезвычайно важно для технологического применения большеобъемных полых катодов (более 0,2 м3) плазменных источников

The paper introduces the results of theoretical and computer modeling of a high-current, non-self-sustaining, low-pressure glow discharge in a plasma source. The analytical model reflects the main principles and shows the relationship between plasma parameters in a hollow cathode. The paper demonstrates application of drift-diffusion representation for numerical simulation of low-pressure plasma generation in a plasma cathode of an electron source based on an arc discharge and in the hollow cathode of a non-self-sustaining glow discharge. It is shown that distribution of emission plasma density distribution in an electron current source is controlled by a redistributing electrode located inside it. Glow discharge plasma density distribution significantly depends on the geometric factor (shape of a cathode, anode, emissive surface of an electron source) and on elec-tron current source location. The agreement between the results of computer modeling and experiments indicates a possibility of using mathemati-cal modeling in optimizing existing and developing new plasma sources with the least degree of inhomogeneity in plasma distribution of the main (glow) discharge in the discharge cathode cavity. This is extremely important for technological application of large-volume hollow cathodes (more than 0.2 m3) plasma sources