Диффузионно-дрейфовая модель Пеннинговского разряда при давлениях порядка 1 Торр


Просмотр статьи
PDF, 4,1 МБ

Drift-diffusion model of the Penning discharge at pressures about 1 Torr

A two-dimensional drift-diffusion model of a Penning discharge in molecular hydrogen at a pressure of about 1 Torr is presented. Equations of the model which are based on the motion equations for electron and ion components are derived.
A two-dimensional axisymmetric model of the Penning discharge with a cylindrical anode and a two flat cathodes located perpendicular to the axis of symmetry is formulated. An external magnetic field of 0.1 T is applied in the axial direction.
It is shown that in the Penning discharges there are not only averaged motions of electrons and ions in the axial and radial directions, but also in the azimuthal direction.
Using established computational model allows perform numerical simulation of the electrodynamic structure of the Penning discharge in the pressure range of 0.1 ÷ 5 Torr, while the emf of the current source is 200 ÷ 500 V.
The evolution of an electrodynamic structure of discharges is studied without an external magnetic field (the classical mode of glow discharge) at variation of pressure, as well as with axial magnetic field (Penning discharge).

Drift-diffusion model, Penning discharge, moderate pressure of molecular hydrogen


Том 15, выпуск 5, 2014 год



Представлена двухмерная диффузионно-дрейфовая модель разряда Пеннинга в молекулярном водороде при давлениях порядка 1 Торр. Дан вывод уравнений модели из уравнений движения электронной и ионной компоненты.
Рассмотрена двухмерная осесимметричная геометрия разряда с цилиндрическим анодом и плоскими катодами, расположенными перпендикулярно оси симметрии. Внешнее магнитное поле с индукцией порядка 0.1 Т приложено в осевом направлении.
Показано, что в разряде Пеннинга существует осредненное движение электронов и ионов не только в осевом и радиальном направлениях, но и в азимутальном направлении.
С использованием созданной расчетно-теоретической модели выполнено численное моделирование электродинамической структуры пеннинговского разряда в диапазоне давлений 0.1 ÷ 5 Торр, при эдс источника тока 200 ÷ 500 В.
С использованием численных экспериментов изучена эволюция электродинамической структуры разряда при изменении давления без внешнего магнитного поля (режим классического тлеющего разряда) и в осевом магнитном поле (Пеннинговский разряд).

двухмерная диффузионно-дрейфовая модель разряда Пеннинга, молекулярный водород, давление 1 Торр


Том 15, выпуск 5, 2014 год



1. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. М.: 1961. Гос. Изд-во литературы в области атомной науки и техники. 323 с. (Brown S.C. Basic Data of Plasma Physics. Technology Press of M.I.T. and Wiley, 1966)
2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. 1987. 591 с.
3. Энгель А. Ионизованные газы. М.: Гос. Изд-во физико-математической лит-ры. 1959. 332 с.
4. Ward A.L. Calculations of Cathode-Fall Characteristics // Journal of Applied Physics. 1962. V.33. № 9. Pp.2789-2794.
5. Гладуш Г.Г., Самохин А.А. Численное исследование шнурования тока на электродах в тлеющем разряде // ПМТФ. 1981. № 5. С.15-23.
6. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Двумерная структура нормального тлеющего разряда и роль диффузии в формировании катодного и анодного пятен // Теплофизика высоких температур. 1988. Т.25. № 3. С.428-435
7. Graves D.B., Jensen K.E. A continuum Model of DC and RF Discharges // IEEE Transactions on Plasma Science. 1986. V.PS-14. № 2. Pp.78-91.
8. Surzhikov S.T. Computational Physics of Electric Discharges in Gas Flows. Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston. 2013. 428 p.
9. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. М.: Гостехиздат. 1950.
10. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука. 1971. 543 с.
11. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука. 1984. 392 с.
12. Трубников Б.А. Теория плазмы. М.: Энергоатомиздат. 1996. 463 с.
13. Шкаровский И, Джонстон Т., Бачинский М. Кинетика частиц плазмы. М.: Атомиздат. 1969. 396 с.
14. Surzhikov S.T., Shang J.S. Normal Glow Discharge in Axial Magnetic Field// Plasma Sources Sciences and Technology. 2014, Vol.23. 054017 (8 pp.) DOI 10.1088/0963-0252/23/5/054017.