Characteristics of miniature pulsed penning ion source: Experiment and PIC simulation

Abstract

In the present work, the results of the experimental and particle in cell (PIC) simulation studies of the discharge combustion modes in a miniature Penning ion source (PIS) under the pulse-periodic power supply conditions are presented. Dynamics of discharge ignition and discharge operation mode at a pulsed anode voltage supply are investigated for different values of anode voltage and gas pressure in various magnetic field configurations. Typical examples of current pulse waveforms are shown. Also, numerical simulations of the PIS were performed using 3D PIC combined with Monte Carlo collisions in the code VSim. Temporal dependencies of electron, ion, and potential distributions in the Penning cell are simulated. Differences between the numerical and experimental results are discussed.

Magnetic field design of solenoid for cold cathode Penning ion source of miniature neutron tube

“…m When the magnetic field strength increases, for example, the excitation voltage increases from 1 to 4.5 V, it can be found that the ion-source discharge can reach a steady state faster, while the average H + number density decreases. This result corresponds to the rising edge time of the ionsource discharge current [28,29]. The rising edge time is about 7 s m at 0.5 V, 6 s m at 1 V, 5 s m at 1.5 V, 4.5 s m at 3 V and 4 s m at 4.5 V. But the rising edge time is not only related to the magnetic field strength but also related to the anode feeding method and the gas pressure.…”

Моделирование Движения Ионов И Распыления Электродов В Миниатюрном Линейном Ускорителе

“…В качестве исходных данных моделирования ионного пучка выступал эмиттанс в плоскости выходной апертуры фокусирующего электрода ИОС, методика вычисления которого описана в работе [10]. Поскольку моделирование динамики движения пучка частиц, в этом случае не учитывает движение частиц в фокусирующем электроде, были также использованы данные PIC моделирования пеннинговского ионного источника [11].При моделировании учитывалась резонансная перезарядка молекулярного иона на молекулярном нейтрале с образованием быстрого молекулярного нейтрала и медленного молекулярного иона, а также перезарядка с последующей диссоциацией молекулярного нейтрала на атомы. Также принимались во внимание процессы ионизации остаточного газа молекулярными ионами и упругие соударения ионов и нейтральных частиц.…”

“…Для оценки степени распыления электродов МЛУ и определения области напыления проводящего слоя на высоковольтный изолятор проводилось моделирование распыления поверхности нержавеющей стали (материал электродов ИОС МЛУ) атомами дейтерия в программных пакетах SCATTER [9], SRIM [10] и SDTrimSP [11]. В данных программах моделировались энергетические и угловые спектры отраженных и распыленных частиц.…”

Оценка Тока Разряда И Извлекаемого Тока Из Пеннинговского Ионного Источника

“…Помимо этого, существует ряд теоретических работ и численных моделей поведения частиц в ПИИ [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30]. В моделях, как коммерческих, так и разработанных самими исследователями, используются самые разные подходы, начиная с расчетов в одночастичном приближении [17][18][19][20][21][22], программ на основе PIC-метода и MCC (Monte-Carlo calculation) [23][24][25][26], и заканчивая " магнитогидродинамическими" моделями, в которых использованы первые моменты кинетического уравнения или уравнения баланса числа частиц, импульса и энергии [27][28][29][30]. Причем если раньше до появления мощных вычислительных средств упор делался на упрощение формул с помощью ясных физических допущений [30], то теперь речь идет о приближении к идеологии " цифрового двойника" [11,23,25] конкретного МЛУ.…”

“…В моделях, как коммерческих, так и разработанных самими исследователями, используются самые разные подходы, начиная с расчетов в одночастичном приближении [17][18][19][20][21][22], программ на основе PIC-метода и MCC (Monte-Carlo calculation) [23][24][25][26], и заканчивая " магнитогидродинамическими" моделями, в которых использованы первые моменты кинетического уравнения или уравнения баланса числа частиц, импульса и энергии [27][28][29][30]. Причем если раньше до появления мощных вычислительных средств упор делался на упрощение формул с помощью ясных физических допущений [30], то теперь речь идет о приближении к идеологии " цифрового двойника" [11,23,25] конкретного МЛУ. Это сближает магнитогидродинамические подходы с " имитационными", целью которых как раз и является расчет всех рабочих характеристик конкретных ПИИ в МЛУ [11,23,25].…”