Effect of explosive emission on runaway electron generation

Abstract

The results of numerical simulations of the generation of runaway electrons in a nitrogen-filled coaxial diode with electron emission governed by field emission that transfers to explosive emission with a variable time delay are presented. It is shown that the time when the explosive emission turns on influences significantly the generation of runaway electrons. Namely, an explosive emission turn-on prior to the formation of the virtual cathode leads to an increase in the current amplitude of the runaway electrons and a decrease in its duration. Conversely, an explosive emission turn-on after the formation of the virtual cathode and during the high-voltage pulse rise time does not influence the generation of runaway electrons significantly. When the explosive emission turns on during the fall of the high-voltage pulse and after the virtual cathode formation, one obtains additional runaway electron generation. Finally, a comparison between electron energy distributions obtained with and without explosive emission turn-on showed that the former increases the number of electrons in the high-energy tail and the electrons' largest energy. The comparison of both the simulated electron energy distributions with the experimentally obtained electron spectrum has shown that the best fit is obtained when the explosive emission is considered in the simulation.

Формирование Двух Импульсов Тока Пучка Убегающих Электронов

“…Отметим, что положительное и отрицательное влияние взрывной электронной эмиссии на генерацию СЛЭП теоретически обсуждалось в работе [54], но генерация ВИТП в этой работе не рассматривалась. Расчеты для условий работ [25,26], проведенные в [55], показали, что задержка пробоя и связанного с ним второго наносекундного пучка убегающих электронов связана с задержкой эмиссии электронов с катода.…”

“…В воздухе атмосферного давления пучки убегающих электронов за тонкой анодной фольгой фиксировались шунтом или коллектором в четырех научных группах [7,9,10,14]. Теоретические модели, см., например, [15][16][17][18][19][20][21], объясняют ряд важных тенденций при генерации пучков электронов. Однако полученные параметры и реализованные режимы генерации пучков убегающих электронов в различных экспериментальных работах [7,9,10,14] существенно отличаются.…”

“…Предлагаются различные механизмы генерации убегающих электронов. Например, за счет " пространственного заряда ионов" [22], " эффекта поляризационного самоускорения электронов" [23], нагрева газа в микроканалах, который " обеспечивает рост отношения напряженности электрического поля к концентрации газа в микроканалах до значений, достаточных для генерации в них пучков высокоэнергетичных электронов и тормозного рентгеновского излучения" [24], и другие [7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21].…”

Fast electrons downstream of a plane grid cathode in a nanosecond discharge in atmospheric pressure air

“…Generation of runaway (fast) electrons and X-ray radiation essentially influences the breakdown of the gaps with electrodes having a small radius of curvature; see papers [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19] published in recent years and references in [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19]. Electric field amplification in high-pressure gases results in generation of electric fields which are sufficient for appearance of the first fast electrons due to a field emission.…”

Electron emission mechanism during the nanosecond high-voltage pulsed discharge in pressurized air

“…3,4,15 In addition, it was suggested, 4 and confirmed by the results of numerical simulations, 16 that the termination of the RAE generation occurs as a result of either the shielding of the electric field that causes the field emission (FE) by the space charge generated inside the CA gap 15,17 or the transformation of FE to explosive emission (EE). 16 It is important to note that the time delay in the EE beginning in gas-filled diodes is still debatable issue (see, for instance, Refs. 4, 18 and 19).…”