Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66891410.31857/S0367292123600607HAWJYOLOW TEMPERATURE PLASMAНИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПЛАЗМАUnknownKinetic Model of Vacuum Plasma Expansion in a Cylindrical GapКинетическая модель вакуумного расширения плазмы в цилиндрическом промежуткеKozhevnikovV. Yu.КожевниковВ. Ю.kozyrev@to.hcei.tsc.ruKozyrevA. V.КозыревА. В.kozyrev@to.hcei.tsc.ruKokovinA. O.КоковинА. О.kozyrev@to.hcei.tsc.ruSemenyukN. S.СеменюкН. С.kozyrev@to.hcei.tsc.ruInstitute of High Current Electronics, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesИнститут сильноточной электроники СО РАН0111202349111170117727022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668914

Results of a theoretical description of collisionless kinetics of radial expansion of two-component (electron–ion) plasma in the one-dimensional cylindrical formulation of the problem are presented. The electric-field mechanism of supersonic expansion of the plasma flame due to the motion of the electron–ion ensemble and self-consistent electric field in the diode with the potential difference applied to it is demonstrated. The spatiotemporal evolution of the ion energy distribution function, electric potential, and rate of expansion of the emission boundary of the plasma flame is shown. The calculated rates of flame expansion at the copper cathode (~1.5 × 106 cm/s) well agree with the experimental data.

Представлены результаты теоретического описания бесстолкновительной кинетики радиального разлета двухкомпонентной (электрон-ионной) плазмы в одномерной цилиндрической постановке задачи. Продемонстрирован электрополевой механизм сверхзвукового расширения плазменного факела, обусловленный движением электрон-ионного ансамбля и самосогласованного электрического поля в диоде с приложенной к нему разностью потенциалов. Показана пространственно-временная эволюция функции распределения ионов по энергиям, электрического потенциала и скорости расширения эмиссионной границы плазменного факела. Полученные в расчете скорости расширения факела на медном катоде (~1.5 × 106 см/с) находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

kinetics of rarefied plasmacollisionless plasmacathode flamevacuum dischargeкинетика разреженной плазмыбесстолкновительная плазмакатодный факелвакуумный разрядBoxman R.L., Sanders D., Martin P. Vacuum Arc Science and Technology. Noyes, Park Ridge, NJ, 1995.Brown I.G., Galvin J.E., MacGill R.A. // Appl. Phys. Lett. 1985. V. 47. P. 358.Anders A. Cathodics Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. New York: Springer, 2008.Beilis I.I. // IEEE Transac. Plasma Sci. 2001. V. 29. P. 657.Chapelle P., Bellot J.P., Duval H., Jardy A., Ablitzer D. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 35. P. 137.Hantzsche E. // IEEE Transac. Plasma Sci. 2003. V. 31. P. 799.Davis W. D., Miller H. C. // J. Appl. Phys. 1969. V. 40. P. 2212.Brown I., Oks E. // IEEE Transac. Plasma Sci. 2005. V. 33. P. 1931.Anders A. // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. P. 969.Volkov N.B., Nemirovsky A.Z. // J. Phys. D: Applied Phys. 1991. V. 24. P. 693.McClure G.W. // J. Applied Phys. 1974. V. 45. P. 2078.Yushkov G.Y., Bugaev A.S., Krinberg I.A., Oks E.M. // Doklady Phys. 2001. V. 46. P. 307.Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Шмелев Д.Л. // ЖЭТФ. 2001. Т. 120. С. 1227.Плютто А.А., Рыжков В.H., Капин А.Т. // ЖЭТФ. 1964. Т. 47. С. 494.Болотов А.В., Козырев А.В., Королев Ю.Д. // Физика плазмы. 1993. Т. 19. С. 709.Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 544 с.