An investigation of low-voltage beam discharge in helium. I. Experiment

Abstract

The collisional regime of the low-voltage beam discharge in helium is investigated experimentally. The spatial distribution of basic plasma parameters along the gap is determined. The conditions under consideration correspond to the case in which the free path of cathode beam electrons is substantially less than the inter-electrode gap, and their energy relaxation length conditioned by binary collisions is substantially greater than the inter-electrode gap. In this case, the distribution function of fast electrons is weakly asymmetric in velocity space. It is shown that the collisional mechanism of beam energy relaxation is realized only for small discharge currents (js<or approximately=0.1 A cm-2). At sufficiently large discharge currents (js>or approximately= 0.8 A cm-2) a more effective wave mechanism of beam energy relaxation switches on in a threshold-determined way.

Влияние Вида Функции Распределения Электронов В Плазме И Дисперсии По Энергии Электронного Пучка На Устойчивость Низковольтного Пучкового Разряда

“…где µ -угол между осью z и скоростью электрона. Как известно, задачу об устойчивости системы, в которой возможна генерация бегущих монохроматических волн вида A • exp[i(ωt ± γz )] (где A, ω, γ, tамплитуда, круговая частота, волновое число и время), можно решать в двух постановках: с начальными условиями, когда комплексной полагается частота ω и ставятся начальные условия для распределения возмущения по объему, где существует рассматриваемая система [5,9,15,17], и с граничными условиями, когда комплексным полагается волновое число и на некоторой поверхности или на ее части (например, на границе системы) ставятся граничные условия, определяющие временное поведение источника колебаний [12,18,19]. В первой задаче исследуется временная динамика первоначального возмущения, во втором -пространственная динамика возмущения, распространяющегося от источника.…”

“…(10) Для задачи с граничными условиями аналогично ищется решение ε n уравнения (8), удовлетворяющее неравенству (9). Условия потери устойчивости для задач с начальными и граничными условиями при выбранном нами знаке в показателе экспоненты для бегущей волны возмущения имеют вид, соответственно:…”

“…Как правило, при рассмотрении системы пучок−плазма (в том числе и в НПР) полагается, что электроны плазмы распределены в соответствие с максвелловской ФРЭ. Однако экспериментальные исследования НПР показывают, что реально ФРЭ может существенно от нее отклоняться [9][10][11]. Возникает вопрос насколько при этом изменяются условия потери устойчивости системы электронный пучок−плазма, каковы инкремент, сдвиг частоты, фазовая и групповая скорости распространения малых возмущений.…”

“…Рассмотрим зависимость условий потери устойчивости системы плазмы НПР от температуры катода, влияния прианодного падения потенциала в анодном слое и слабого электрического поля между катодным и анодными слоями в НПР. Типичные значения температуры катода при экспериментах в инертных газах He, Ne, Ar обычно не превышают 1500 K [9][10][11]. Величина прианодного падения в рассматриваемых условиях в НПР имеет величину порядка 1−2 eV [11].…”

“…Один из типов разрядов, в котором проявляются эти явления, -низковольтный пучковый разряд в инертных газах (НПР) [7][8][9][10][11][12][13]. В работах [7][8][9] был теоретически и экспериментально исследован НПР в He для столк-новительного случая, когда длина пробега электрона λ ea относительно упругих столкновений много меньше межэлектродного расстояния d.…”