ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 537.525; 537.533.2

«Газоразрядная плазма и ее применения»

Екатеринбург, Россия, 8-12 сентября 2025

Моделирование самостоятельного
высоковольтного тлеющего разряда в источнике
с сетчатым плазменным катодом

Т.В. Коваль, Р.А. Картавцов, М.С. Воробьёв,
Н.Н. Коваль, С.Ю. Дорошкевич, А.А. Гришков

Институт сильноточной электроники СО РАН

634055, Россия, г.Томск, пр. Академический 2/3

Статья поступила в редакцию 2 октября 2025 г.

Аннотация. Численно проанализирован режим работы источника электронов «СOЛO» с сеточным плазменным эмиттером, в котором поток ионов из ускоряющего промежутка, создаваемый не только за счёт ионизации рабочего газа, но и за счет плавления, испарения и ионизации паров материала коллектора, определяет характер протекания тока в ускоряющем промежутке после отключения тока вспомогательного дугового разряда. Такой режим инициирует зажигание и поддержание высоковольтного тлеющего разряда, питаемого от одного высоковольтного источника постоянного напряжения амплитудой до 15 кВ, и обеспечивает релаксационные импульсы тока пучка в несколько сотен ампер с длительностью десятки микросекунд в течение общей длительности до одной миллисекунды. В работе приведены результаты численного моделирования, которые отражают основные закономерности реализуемого колебательного режима генерации электронного пучка, связанные с попаданием этого дополнительного потока ускоренных ионов в сеточный плазменный эмиттер, откуда извлекаются электроны в высоковольтный тлеющий разряд, способствуя его самоподдержанию.

Ключевые слова: высоковольтный тлеющий разряд, электронный пучок, плазменный катод, колебания тока пучка, источник электронов

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №25-19-00745, https://rscf.ru/project/25-19-00745/

Автор для переписки: Коваль Тамара Васильевна, tvkoval@mail.ru

Литература

1. Коваль Н.Н., Окс Е.М., Протасов Ю.С., Семашко Н.Н., Эмиссионная электроника (МГТУ им Н. Э. Баумана, Москва, 2009), с. 595.

2. Бурдовицин В.А., Климов А.С., Медовник А.В. и др. Форвакуумные плазменные источники электронов // Томск: Изд-во Томского Университета. – 2014. – 288 с.

3. Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Генерация сильноточных электронных пучков наносекундной длительности с высокой частотой повторения импульсов // Письма в ЖТФ. – 1990. – Т. 16. – №8. – С. 12.

4. Воробьёв М.С., Коваль Н.Н., Сулакшин С.А. Источник электронов с многоапертурным плазменным эмиттером и выводом пучка в атмосферу. // ПТЭ. – 2015. – №5. – С. 112–120. https://doi.org/10.7868/S0032816215040138.

5. Воробьёв М.С. и др. Динамическое управление мощностью мегаваттного электронного пучка субмиллисекудной длительности в источнике с плазменным катодом // Письма в ЖТФ. – 2021. – Т. 47. – В. 10. – С. 38–42. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.10.50972.18719.

6. Девятков В.Н. и др. Электронный источник с многодуговым плазменным катодом для генерации модулированного пучка субмиллисекундной длительности //Письма в Журнал технической физики. – 2024. – Т. 50. – №. 19. – С. 25-28. https://doi.org/10.61011/PJTF.2024.19.58652.19995.

7. Гушенец В.И., Бугаев А.С., Окс Е.М. Конструкция и рабочие характеристики электронного источника с полым катодом и несамостоятельным высоковольтным тлеющим разрядом // Proceedings of 8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects. – 2022. – С. 746-751. https://doi.org/10.56761/EFRE2022.C1-P-001601.

8. Картавцов Р.А. и др. Сильноточный высоковольтный тлеющий разряд с электродуговым сеточным плазменным катодом // ПЖТФ. Принята в печать.

9. Метель А.С., Григорьев С.Н., Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов: физика, техника, применения. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2005., 300 с.

10. Korolev Y. D. et al. High-current stages in a low-pressure glow discharge with hollow cathode //IEEE Transactions on Plasma Science. – 2013. – V. 41. – №. 8. – P. 2087-2096. https://doi.org/10.1109/TPS.2013.2266675.

11. Nikulin S. P. Influence of the emission of charged particles on the characteristics of glow discharges with oscillating electrons //Russian physics journal. – 2001. – V. 44. – №. 9. – P. 969-976.

12. Nguyen Bao Hung, T.V. Koval, Tran My Kim An / Mathematical modeling of discharge plasma generation and diffusion saturation of metals and alloys [Electronic resource] /Atlantis Press: Advances in Computer Science Research, Information technologies in science, management, social sphere and medicine, 2016. – https://doi.org/10.2991/itsmssm-16.2016.93.

13. Devyatkov V.N. et al. Generation and propagation of high-current low-energy electron beams //Laser and Particle Beams. – 2003. – V. 21. – №. 2. – P. 243-248. https://doi.org/10.1017/S026303460321212X.

14. Москвин П.В. и др. Динамика извлечения электронов из сеточного плазменного катода на основе дугового разряда низкого давления //Письма в Журнал технической физики. – 2023. – Т. 49. – №. 11. – С. 43-46. https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.11.55538.19557.

15. Коваль Т. В., Коваль Н. Н., Ашурова К. Пространственно-временная динамика дуги низкого давления и генерируемого пучка в источнике электронов с сеточным плазменным эмиттером //Теплофизика высоких температур. – 2022. – Т. 60. – №. 4. – С. 488-495. https://doi.org/10.31857/S0040364422040160.

16. Bleykher G. A. et al. Energy and substance transfer in magnetron sputtering systems with liquid-phase target //Vacuum. – 2016. – V. 124. – P. 11-17. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.11.009.

Для цитирования:

Коваль Т.В., Картавцов Р.А., Воробьёв М.С., Коваль Н.Н., Дорошкевич С.Ю., Гришков А.А. Моделирование самостоятельного высоковольтного тлеющего разряда в источнике с сетчатым плазменным катодом. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.13