High-voltage nanosecond discharge in a dense gas at a high overvoltage with runaway electrons

Abstract

1. Введение. Пробой газов при давлениях от десятков до тысяч торр под действием импульсов высокого напряжения наносекундной дли тельности исследуется в течение пяти десятилетий, начиная с пионер ских работ Ньюмена [1] и Флетчера [2]. В связи с успехами техники высоковольтных наносекундных импульсов в 60 е годы усиливается ин терес к наносекундным разрядам в газах. Несмотря на быстрый рост числа экспериментальных исследований [3,4] и технических примене ний [5][6][7][8] наносекундных газовых разрядов, переход к новому времен ному масштабу не повлек за собой соответствующего пересмотра фун даментальных положений классических моделей пробоя, разработан ных для условий, близких к статическим [9][10][11][12], хотя еще в обзоре [3] определены качественно новые черты газовых разрядов в наносекунд ном диапазоне времени. Модели электрического пробоя плотных газов, отличаясь во многом друг от друга, иногда радикально, тем не менее имеют общую принципиальную черту: они являются локальными в том смысле, что в данной точке пространства времени (r, t) среднестатиче ские величины, такие, как энергия электронов скорость направлен ного движения коэффициент ионизации Таунсенда определяются

Runaway of electrons in dense gases and mechanism of generation of high-power subnanosecond beams

“…Usually the phenomenon of electron runaway in a gas is described almost in the same way as in the case of fully ionized plasma. In other words, it is assumed that the runaway takes place when the force acting on an electron from the electric field exceeds the force of ionization deceleration [6][7][8]. Contrary to this viewpoint we will show that the mechanisms of the electron runaway in gas-discharge plasma and in fully ionized plasma differ radically.…”

“…[6][7][8]). On the basis of this phenomenon the so-called open discharges in low-dense gases were created [9][10][11][12][13], and applied, particularly, for lasers pumping [9,[14][15][16].…”

“…The traditional approach [6][7][8] gives a local criterion for the electric field strength to create a large number of runaway electrons. This criterion implies that the field strength exceeds a certain value at which the energy acquired by an electron on its free path exceeds the maximum energy losses due to the gas ionization.…”

On the mechanism of the runaway of electrons in a gas: The upper branch of the paschen curve

“…On the other hand, it is commonly considered that runaway electrons arise when the value of E/p exceeds a certain critical value that does not depend on d [6], [7], [14].…”

“…The phenomenon of electron runaway is also observed in gases [6], [7]. Using the runaway electrons so-called open discharges [8][9][10][11] were created and applied, particularly, for laser pumping [12], [13].…”