RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 11, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2015

 / 

Июль

←  →

Физика наших дней


Теория плазменного эмиттера положительных ионов

 а, б,  а, б
а Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, просп. акад. Лаврентьева 11, Новосибирск, 630090, Российская Федерация
б Новосибирский государственный университет, Академгородок, ул. Пирогова 2, Новосибирск, 630090, Российская Федерация

С единых позиций изложены известные к настоящему времени результаты одномерной теории плазменного эмиттера положительных ионов. Обсуждается критерий Бома в простой и обобщённой форме. Изложена теория униполярного слоя и теория двух масштабов. Описаны кинетическая и гидродинамическая модели формирования дебаевского слоя и зоны ионизации в дебаевском предслое. Показано, что за исключением некоторых искусственных моделей ионизации критерий Бома выполняется в виде равенства. Вычислен ток эмиссии плазменного эмиттера в гидродинамическом и кинетическом приближении. Кратко описаны существующие численные коды для моделирования источников положительных ионов в двумерной и трёхмерной геометрии.

Текст pdf (368 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0185.201507c.0753
Ключевые слова: критерий Бома, дебаевский слой, униполярный слой, пучки заряженных частиц, численное моделирование плазмы
PACS: 41.75.Ak, 41.85.Ar, 52.25.Jm, 52.40.Kh, 52.59.Bi, 52.59.Sa, 52.65.−y (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0185.201507c.0753
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2015/7/c/
000364717000003
2-s2.0-84944897044
2015PhyU...58..701K
Цитата: Котельников И А, Астрелин В Т "Теория плазменного эмиттера положительных ионов" УФН 185 753–771 (2015)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 26 марта 2015, доработана: 7 мая 2015, 12 мая 2015

English citation: Kotelnikov I A, Astrelin V T “Theory of plasma emitter of positive ions” Phys. Usp. 58 701–718 (2015); DOI: 10.3367/UFNe.0185.201507c.0753

Список литературы (127) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (15) Похожие статьи (6)

  1. Габович М Д Физика и техника плазменных источников ионов (М.: Атомиздат, 1972)
  2. Габович М Д, Плешивцев Н В, Семашко Н Н Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей (М.: Энергоатомиздат, 1986); Gabovich M D, Pleshivtsev N V, Semashko N N Ion and Atomic Beams for Controlled Fusion and Technology (New York: Consultants Bureau, 1989)
  3. Габович М Д УФН 121 259 (1977); Gabovich M D Sov. Phys. Usp. 20 134 (1977)
  4. Forrester A T Large Ion Beams: Fundamentals of Generation and Propagation (New York: Wiley, 1988), Ch. 3
  5. Крейндель Ю Е Плазменные источники электронов (М.: Энергоатомиздат, 1977)
  6. Коваль Н Н и др. Эмиссионная электроника (Сер. Электроника, Под ред. Ю С Протасова) (М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009)
  7. Bohm D "Minimum ionic kinetic energy for a stable sheath" The Characteristics of Electrical Discharges in Magnetic Fields (National Nuclear Energy Ser. Manhattan Project Technical Section, Division I) Vol. 5 (Eds A Guthrie, R K Wakerling) (New York: McGraw-Hill, 1949) p. 77 - 86
  8. Chen F F Plasma Diagnostic Techniques (Pure and Applied Physics) Vol. 21 (Eds R H Huddlestone, S L Leonard) (New York: Academic Press, 1965), Ch. 3
  9. Chapman B Glow Discharge Processes: Sputtering and Plasma Etching (New York: Wiley, 1980), Ch. 4
  10. Chen F F Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Vol. 1 (New York: Plenum Press, 1984), Ch. 8
  11. Lieberman M A, Lichtenberg A J Principles of Plasma Discharges and Materials Processing (New York: Wiley, 1994), Ch. 6
  12. Chen F F, Chang J P Lecture Notes on Principles of Plasma Processing (New York: Kluwer Acad./Plenum Publ., 2003)
  13. Humphries S Charged Particle Beams (Mineola: Dover Publ., 2013), Ch. 7
  14. Stangeby P C The Plasma Boundary of Magnetic Fusion Devices (Plasma Physics Series) Vol. 7 (Bristol: Institute of Physics Publ., 2000)
  15. Langmuir I General Electric Rev. 26 731 (1923)
  16. Langmuir I, Mott-Smith H General Electric Rev. 27 449 (1924)
  17. Langmuir I Proc. Natl. Acad. Sci. USA 14 627 (1928)
  18. Langmuir I Phys. Rev. 33 954 (1929)
  19. Tonks L, Langmuir I Phys. Rev. 34 876 (1929)
  20. Каган Ю М, Перель В И УФН 81 409 (1963); Kagan Yu M, Perel' V I Sov. Phys. Usp. 6 767 (1964)
  21. Huddlestone R H, Leonard S L (Eds) Plasma Diagnostic Techniques (New York: Academic Press, 1965); Хаддлстоун Р, Леонард С (Ред.) Диагностика плазмы (М.: Мир, 1967)
  22. Козлов О В Электрический зонд в плазме (М.: Атомиздат, 1969)
  23. Lochte-Holtgreven W Plasma Diagnostics (Amsterdam: North-Holland, 1968); Лохте-Хольтгревен В (Ред.) Методы исследования плазмы. Спектроскопия, лазеры, зонды (М.: Мир, 1971)
  24. Давыденко В И, Иванов А А, Вайсен Г Экспериментальные методы диагностики плазмы (Новосибирск: Изд. Центр НГУ, 1999)
  25. Riemann K U, TsendL J. Appl. Phys. 90 5487 (2001)
  26. Child C D Phys. Rev. I 32 492 (1911)
  27. Langmuir I Phys. Rev. 2 450 (1913)
  28. Riemann K U Phys. Plasmas 10 3432 (2003)
  29. Caruso A, Cavaliere A Nuovo Cimento 10 26 1389 (1962)
  30. Riemann K U J. Phys. D Appl. Phys. 24 493 (1991)
  31. Riemann K U J. Tech. Phys. 41 89 (2000)
  32. Riemann K U J. Phys. D Appl. Phys. 36 2811 (2003)
  33. Riemann K U Phys. Plasmas 13 063508 (2006)
  34. Hall L S Phys. Fluids 4 388 (1961)
  35. Cohen R H, Ryutov D D Contrib. Plasma Physics 44 111 (2004)
  36. Cipolla J W, Silevitch M B J. Plasma Phys. 25 373 (1981)
  37. Allen J E Plasma Sources Sci. Technol. 18 014004 (2009)
  38. Котельников И А Лекции по физике плазмы (М.: Бином, 2013)
  39. Никулин С П Труды 2-го Крейнделевского семинара "Плазменная эмиссионная электроника", Улан-Удэ, 17 - 24 июня 2005 г. (2005) с. 51 - 53
  40. Лондер Я И, Ульянов К Н Физика плазмы 39 949 (2013); Londer Ya I, Ul'yanov K N Plasma Phys. Rep. 39 849 (2013)
  41. Allen J E, Thonemann P C Proc. Phys. Soc. B 67 768 (1954)
  42. Scheuer J T, Emmert G A Phys. Fluids 31 3645 (1988)
  43. Godyak V A Phys. Lett. A 89 80 (1982)
  44. Godyak V A, Sternberg N Phys. Rev. A 42 2299 (1990)
  45. Браун С УФН 133 693 (1981); Brown S C Gaseous Electronics Vol. 1 Electrical Discharges (Eds M N Hirsh, H J Oskam) (New York: Academic Press, 1978) p. 1
  46. Котельников И А Вестник НГУ (3) 108 (2008)
  47. Franklin R N, Snell J Phys. Plasmas 7 3077 (2000)
  48. Franklin R N, Snell J Phys. Plasmas 8 643 (2001)
  49. Ульянов К Н Теплофиз. высоких температур 38 367 (2000); Ul'yanov K N High Temp. 38 344 (2000)
  50. Никулин С П Изв. вузов. Физика (4) 3 (2011); Nikulin S P Russ. Phys. J. 54 393 (2011)
  51. Kino G S, Shaw E K Phys. Fluids 9 587 (1966)
  52. Lam S H Phys. Fluids 8 73 (1965)
  53. Lam S H Phys. Fluids 8 1002 (1965)
  54. Franklin R N, Ockendon J R J. Plasma Phys. 4 371 (1970)
  55. Riemann K U Phys. Plasmas 4 4158 (1997)
  56. Godyak V, Sternberg N Phys. Plasmas 9 4427 (2002)
  57. Allen J E Phys. Plasmas 10 1528 (2003)
  58. Tskhakaya D D, Shukla P K Phys Plasmas 10 3437 (2003)
  59. Benilov M S Phys. Plasmas 10 4584 (2003)
  60. Franklin R N Phys. Plasmas 10 4589 (2003)
  61. Harrison E R, Thompson W B Proc. Phys. Soc. 74 145 (1959)
  62. Boyd R L F, Thompson J B Proc. R. Soc. Lond. A 252 102 (1959)
  63. Bertotti B, Cavaliere A Nuovo Cimento 10 35 1244 (1965)
  64. Allen J E Plasma Physics Vol. 1 (Ed B E Keen) (London: Institute of Physics, 1974)
  65. Allen J E J. Phys. D Appl. Phys. 9 2331 (1976)
  66. Cavaliere A, Engelmann F, Sestero A Phys. Fluids 11 158 (1968)
  67. Franklin R N Plasma Phenomena in Gas Discharges (Oxford: Clarendon Press, 1976)
  68. Prewett P D, Allen J E Proc. R. Soc. Lond. A 348 435 (1976)
  69. Braithwaite N St J, Allen J E J. Phys. D Appl. Phys. 21 1733 (1988)
  70. Raadu M A, Rasmussen J J Astrophys. Space Sci. 144 43 (1988)
  71. Raadu M A Phys. Rep. 178 25 (1989)
  72. Baalrud S D, Hegna C C Phys. Plasmas 18 023505 (2011)
  73. Дубинов А Е, Сенилов Л А ЖТФ 82 (8) 50 (2012); Dubinov A E, Senilov L A Tech. Phys. 57 1090 (2012)
  74. Humphries S (Jr.) J. Comput. Phys. 204 587 (2005)
  75. Emmert G A et al. Phys. Fluids 23 803 (1980)
  76. Riemann K U Phys. Fluids 24 2163 (1981)
  77. FAR-TECH Inc PBGUNS Manual, FAR-TECH, Inc., 2013, http://far-tech.com/pbguns/manuals.html
  78. Astrelin V et al. 15th Intern. Symp. on High-Current Electronics, September 21 - 26, 2008, Tomsk, Russia
  79. Астрелин В Т Успехи прикладной физики 1 574 (2013)
  80. Дубинов А Е, Сенилов Л А Письма в ЖТФ 37 (19) 23 (2011); Dubinov A E, Senilov L A Tech. Phys. Lett. 37 900 (2011)
  81. Давыденко В И, Димов Г И, Росляков Г В ДАН 271 1380 (1983); Davydenko V I, Dimov G I, Roslyakov G V Sov. Phys. Dokl. 28 685 (1983)
  82. Котельников И А, Сковородин Д И Физика плазмы (2015), направлена в журнал
  83. Abdrashitov G F et al. Plasma Science, 1995. IEEE Conf. Record — Abstracts., 1995 IEEE Intern. Conf. (1995) p. 121
  84. Davydenko V I et al. Rev. Sci. Instrum. 68 1418 (1997)
  85. Ivanov A A et al. Rev. Sci. Instrum. 71 3728 (2000)
  86. Abdrashitov G F et al. Rev. Sci. Instrum. 72 594 (2001)
  87. Davydenko V I, Ivanov A A Rev. Sci. Instrum. 75 1809 (2004)
  88. Davydenko V I, Ivanov A A, Korepanov S A, Kotelnikov I A Rev. Sci. Instrum. 77 03B902 (2006)
  89. Den Hartog D J et al. Rev. Sci. Instrum. 77 10F122 (2006)
  90. Davydenko V I, Ivanov A A, Kotelnikov I A, Tiunov M A Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 576 259 (2007)
  91. Kotelnikov I A t al. Rev. Sci. Instrum. 79 02B702 (2008)
  92. Listopad A A et al. Rev. Sci. Instrum. 81 02B104 (2010)
  93. Sorokin A et al. Rev. Sci. Instrum. 81 02B108 (2010)
  94. Belchenko Yu I et al. AIP Conf. Proc. 1515 167 (2013)
  95. Becker R Rev. Sci. Instrum. 67 1132 (1996)
  96. Turek M et al. ПТЭ (1) 101 (2009); Turek M et al. Instrum. Exp. Tech. 52 90 (2009)
  97. Lawrie S R et al. Rev. Sci. Instrum. 81 02A707 (2010)
  98. Miyamoto K et al. Appl. Phys. Lett. 102 023512 (2013)
  99. Ильин В П Численные методы решения задач электрофизики (М.: Наука, 1985)
  100. Тозони О В Математические модели для расчета электрических и магнитных полей (Киев: Наукова думка, 1964); Tozoni O V Mathematical Models for the Evaluation of Electric and Magnetic Fields (London: Iliffe, 1968)
  101. Strang G, Fix G J An Analysis of the Finite Element Method (Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1973); Стрэнг Г, Фикс Дж Теория метода конечных элементов (М.: Мир, 1977)
  102. Григорьев Ю Н, Вшивков В А, Федорук М П Численное моделирование методами частиц в ячейках (Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004)
  103. Whealton J H et al. J. Appl. Phys. 64 6210 (1988)
  104. Boers J E Plasma Science, 1993. IEEE Intern. Conf. p. 213
  105. Boers J E Proc. of the Particle Accelerator Conf., 1995 Vol. 4 (1995) p. 2312 - 2313
  106. Spädtke P, Mühle C Rev. Sci. Instrum. 71 820 (2000)
  107. Spädtke P Rev. Sci. Instrum. 75 1643 (2004)
  108. Spädtke P The Physics and Technology of Ion Sources (Ed. I G Brown) 2nd ed. (New York: Wiley, 2006) p. 41 - 60
  109. Litovko I V Cybernetics Syst. Analysis 44 780 (2008)
  110. Spaedtke P "AXCEL code" Ing. Buro fur Naturwissenschaft und Programmentwicklung (1983)
  111. Spaedtke P "AXCEL-GSI Code" Report GSI GSI-38-9 (1983)
  112. Spaedtke P Proc. 1984 Linear Accelerator Conf., Seeheim, Germany (1984) p. 356
  113. Астрелин В Т, Иванов В Я Автометрия 3 92 (1980)
  114. Астрелин В Т, Иванов В Я Труды IV Всесоюзного семинара "Методы расчета электронно-оптических систем" (Новосибирск, 1982) с. 10 - 14
  115. Астрелин В Т, Иванов В Я Автометрия 4 87 (1982)
  116. Астрелин В Т Забабахинские научные чтения: Сборник материалов IX Международной конф. Тезисы (Снежинск, 2007) с. 115 - 116
  117. Астрелин В Т, Кандауров И В, Трунев Ю А ЖТФ 84 (2) 106 (2014); Astrelin V T, Kandaurov I V, Trunev Yu A Tech. Phys. 59 258 (2014)
  118. Astrelin V T, Davydenko V I, Kolmogorov A V Изв. вузов. Физика 57 (11-3) 128 (2014)
  119. Boris J P Proc. of the 4th Conf. on Numerical Simulation of Plasmas (Washington, D.C.: Naval Res. Lab., 1970) p. 3 - 67
  120. Петрович О Н, Груздев В А Прикладная физика (2) 79 (2012)
  121. Петрович О Н "Моделирование электронно-оптических систем с плазменным эмиттером" Дисс. ... канд. тех. наук (Новополоцк, Беларусь: Полоцкий государственный университет, 2013)
  122. Свешников В М, Залесский В Г, Петрович О Н Прикладная физика (2) 40 (2012)
  123. Kenichi A et al. Jpn. J. Appl. Phys. 15 1343 (1976)
  124. Pierce J R J. Appl. Phys. 11 548 (1940)
  125. Pierce J R Theory and Design of Electron Beams (New York: Van Nostrand, 1954)
  126. Radley D E J. Electron. Control 4 125 (1958)
  127. Сорокин А В (2015), Частное сообщение
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение