Гидродинамическая модель катодной плазменной струи вакуумно-дугового разряда
Диссертация
Разработан и реализован численный алгоритм решения задач в рамках предложенных моделей. В основе лежит модифицированный метод крупных частиц для сферической системы координат, дополненный алгоритмами расчета скоростей компонент плазмы, степени ионизации, теплового потока, потенциала. Представленный алгоритм без каких-либо существенных изменений может быть использован для решения более сложных… Читать ещё >
Список литературы
- Tanberg R. On the cathode of an arc drawn in vacuum.-Phys.Rev., 1930, v.45, № 9, pp.1080−1089.
- Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М. Наука, 1992, 433 с.
- Вакуумные дуги. Под ред. Дж. Лафферти. М.: Мир, 1982, 432с.
- Любимов Г. А., Раховский В. И. Катодное пятно вакуумной дуги, — УФН, 1978, т. 125, № 4, с.665−706.
- Раховский В.И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. М.: Наука, 1970, 536с.
- Литвинов Е.А., Месяц Г. А., Проскуровский Д. И. Автоэмиссионные и взрывоэмиссионные процессы при вакуумных разрядах. -УФН, 1983, т. 139, № 2, с. 265−302.
- Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. -М.: Наука, 1968, 244с.
- Reece М.Р. Properties of vacuum arc. Proc IEE, 1963, v. 110, № 4, pp. 793 802.
- Плютто A.A., Рыжков B.H., Капин A.T. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг. -ЖЭТФ, 1964, т.47, № 8,.с.494−507.
- Devis W.D., Miller Н.С., Analysis of the electrode products emitted by the dc arcs in a vacuum ambient. -J.Appl. Phys., 1969, v. 40, pp.2212−2221.
- Kimblin C.W. Vacuum arc ion currents and electrode phenomena. Proc. IEEE, 1971, v. 49, pp.546 -555.
- Kimblin C.W. Erosion and ionization in the cathode spot region of vacuum arcs. J. Appl. Phys., 1973, v.44, № 7, pp. 3074 — 3081.
- Бакшт Р.Б., Кудинов А. П., Литвинов E.A., Манылов В. И. Исследование состава прикатодной плазмы в начальной фазе вакуумного разряда. -ЖТФ, 1973, т.43, № 1,с.146−151.
- Rakhovskii V.I. The study of the cathode spot structure in the vacuum arc.-Proc. VIIISDEIV, Novosibirsk, 1976, pp.38−54.
- Лунев B.M., Падалка В. Г., Хороших B.M. Исследование некоторых характеристик вакуумной металлической дуги. ЖТФ, 1977, т. 47, № 7, с.1491−1495.
- Лунев В.М., Овчаренко В. Д., Хороших В. М. Исследование некоторых характеристик вакуумной металлической дуги. ЖТФ, 1977, т. 47, № 7, с.1486−1490.
- Daalder J.E. Wielders P.G.E. Angular distribution of charged and neutral species in vacuum. Proc. XIIICPIG, Eindoven, 1977, pp.232 -236 (part I).
- Harris L.P., Lau Y.Y., Longitudional flows near arc cathode spots. General Electric Co., NY, GL TIS Rep. 74, CRD 154, 1974.
- Васин А.И., Дороднов A.M., Петросов В. А. О существовании вакуумной дуги с распределенным зарядом на расходуемом катоде.- Письма в ЖТФ, 1979, т. 5, № 24, с.1499- 1504.
- Juttner В. Formation time and heating mechanisms of arc cathode craters in vacuum. J. Phys D.: Appl. Phys., 1981, v. 14, № 7, p. 1265−1275.
- Daalder J.E. Cathode spots and vacuum arcs. Physica, 1981, v. 104 C, № 1−2, pp.91−106.
- Аксенов И.И., Брень В. Г., Коновалов И. И. и др. Исследование плазмы стационарного вакуумного разряда.- ТВТ, 1983, т.21, № 3, с.646 651.
- Месяц Г. А., Проскуровский Д. И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск, Наука, 1984, 256с.
- Аксенов И.И., Коновалов И. И., Падалка В. Г. и др. Неустойчивости в плазме вакуумной дуги при наличии газа в разрядном промежутке. Физика плазмы. 1985, т.11,с.1373 — 1384.
- Juttner В. On the plasma density of metal vapour arcs.- J. Phys. D.: Appl. Phys., 1985, v. 18, pp. 2221 2231.
- Shkolnik S. M. The plasma parameters of the interelectrode gap of the vacuum arc.- IEEE Trans. Plasma Sci., 1985, v.13, № 5, pp.336 -337.
- Пустовит A.H., Жила И. Н., Сахарулидзе Г. Г. Измерение электронной температуры прикатодной плазмы вакуумно дугового разряда. -ЖТФ, 1986, т.43, с.813−820.
- Anders S. On the state of ionization, non ideality and electrical conductivity of a cathode plasma of vacuum arcs. — Contrib. Plasma Phys., 1986, v. 26, pp.413 421.
- Арестов С.И., Бугаев С. П., Сухарев А. Н., Чесноков С. М. Дуговой разряд с диффузным катодным пятном, горящий в парах титана. -Тезисы докл. VII Всес. конф. по физике низкотемпературной плазмы. Ташкент: ФАН, 1987, ч.2, с.93−95.
- Борзенко В.П., Волков O.JL, Красов В. И., Кринберг И. А., Паперный B.JI., Симонов В. Г. О резистивном ускорении ионов в плазменном потоке. -Письма в ЖТФ, 1988, т.14, вып. 5, с.435- 439.
- Brown I.G., Feinberg В., Galvin J.E. Multiply stripped ion generation in the metal vapor vacuum arc. J. Appl. Phys., 1988, v.63, pp.4889 -4898.
- Пучкарев В.Ф., Проскуровский Д. И., Мурзакаев A.M. Дуговой разряд с диффузным катодным пятном .- ЖТФ, 1988, т.58, с.88−93.
- Cohen Y., Boxman R.L., Goldsmith S. Angular distribution of ion current emerging from an aperture anode in a vacuum arc. Proc. XIII ISDEIV, Paris, 1988, pp.300−302.
- Арестов С.И., Костин O.A., Чесноков C.M. Материалы Всесоюзной конференции по сильноточной электронике, Томск, 1988, т.1, с.31−38.
- Brown I.G., Galvin J.E. Measurements of vacuum arc ion charge- state distributions.- IEEE Trans. Plasma Sci., 1989, v. 17, № 5, pp.679 -682.
- Brown I.G., Galvin J.E., MacGill R.A. Charge state distribution studies of the metal vacuum arc ion source. -Rev.Sci. Instr., 1989, v.61, № 1, pp. 583 -585.
- Puchkarev V. F., Murzakaev A.M. Current density and the cathode spot lifetime in a vacuum arc at threshhold currents. J.Phys. D., 1990, v.23, № 1, pp.26 -35.
- Rakhovskii V.I. Critical parameters of the cathode spot region of a vacuum arc. IEEE, 1990, v.18, pp.667−681.
- Puchkarev V.F. Estimating the electron temperature from fluctuations in a vacuum arc plasma. J. Phys. D.: Appl. Phys., 1991, v. 24, pp.685 -692.
- Brown I.G., Godehot X. Vacuum arc ion charge state distribution.- IEEE Trans. Plasma Sci., 1991, v.19, pp.713- 717.
- Vogel N., Juttner B. Measurements of the current density in arc cathode spots from the Zeeman splitting of emission lines. J. Phys. D.: Appl. Phys., 1991, v.24, pp.922−927.
- Anders A., Anders S., Juttner B. J. Phys D.: Appl. Phys., 1992, v. 24, pp.15 911 601.
- Kutzner J., Miller H.C. Integrated ion flux emitted from the cathode spot region of a diffuse vacuum arc. J. Phys.D.: Appl. Phys., 1992, v.25, № 4, pp.686−693.
- Anders A., Anders S., Juttner В., Botticher W., Luck H., Schroder G. Pulsed dye laser diagnostics of vacuum arc cathode spots.-IEEE Trans. Plasma Sci., 1992, v.20, № 4, pp.466- 471.
- Anders A., Anders S., Juttner В., Brown I.G. Time dependence of vacuum arc plasma parametrs. IEEE Trans. Plasma Sci., 1993, v. PS-21, pp.305−311.
- Алферов Д.Ф., Коробова Н. И., Сибиряк И. О. Экспериментальное исследование процесса расширения плазмы в вакуум. Физика плазмы, 1993, т. 19, № 3, с. 399 -406.
- Месяц Г. А. Эктон в вакуумной дуге. Письма в ЖЭТФ, 1994, т. 60, с.514−517.
- Puchkarev V.F., Bochkarev М.В. Cathode spot initiation under plasma.- J. Phys. D.: Appl. Phys., 1994, v. 27, pp.1214 -1219.
- Месяц Г. А. Эктон лавина электронов из металла.- УФН, 1995, т. 165, № 6, с.601- 626.
- Oks Е.М., Brown I.G., Dickinson M.R., MacGill R.A., Spadtke P., Emig H., Wolf B.H. Elevated ion charge states in vacuum arc plasmas in a magnetic field. -Appl. Phys. Letters, 1995, v.67, pp.200- 202.
- Juttner B. The dynamics of arc cathode spots in vacuum. J. Phys D.: Appl. Phys., 1995, v. 28, pp. 516−522.
- Oks E.M., Brown I.G., Dickinson M.R., MacGill R.A., Anders A. Ion charge state distributions in high current vacuum arc plasma in a magnetic field. IEEE Trans. Plasma Sci., 1996, v. 24, № 66, pp. 717−722.
- Oks E.M., Anders A, Anders S., Brown I.G., MacGill R.A., Dickinson M.R. Recent advances in vacuum arc ion sources. Surface and Coating Technology, 1996, v.84, pp. 550−556.
- Anders A. The periodic table of vacuum arc charge state distributions. -Preprint of Berkeley National Laboratory, 1996, LBL-38 672 UC- 427, 12 p.
- Anders A., Anders S., Juttner В., Luck H. High resolution imaging of vacuum arc cathode spots. — IEEE Trans. Plasma Sci., 1996, v. 24, № 1. pp.69−70.
- Juttner B. The dynamics of arc cathode spots in vacuum: new measurements. -J. Phys. D.: Appl. Phys., 1997, v. 30, pp.221- 229.
- Juttner B. Erosion craters and arc cathode spots in vacuum. Beitr. Plasmaphys., 1979, v. 19, pp.25 -48.
- Чутов Ю.И., Кравченко А. Ю. Расширение плазменного сгустка в вакуум. Физика плазмы, 1980, т.6, с.272−282.
- Гуревич А.В., Мещеркин А. П. Ускорение ионов в расширяющейся плазме. ЖЭТФ, 1981, т.53, с. 1810 — 1826.
- Sack Ch., Schamel Н. Evolution of a plasma expanding into vacuum. Plasma Physics and Controlled Fusion, 1985, v.27, pp.717−749.
- Sack Ch., Schamel H. Plasma Expansion into vacuum a hydrodynamic approach. — Physics. Reports, 1987, v. 156, pp.311−394.
- Singh N., Schunk R.W. Numerical calculations relevant to the initial expansion of the polar wind. Journal of Geophysics Research, 1982, v.87, pp. 9154−9170.
- Parker E.N. Dynamical theory of the solar wind.- Space Science Review, 1965, v.4, pp.666−708.
- Гуревич A.B., Парийская Л. В., Питаевский Л. П. Автомодельное движение разреженной плазмы. ЖЭТФ, 1965, т.49, № 2, с.647- 654.
- Фурсей Г. Н., Воронцов- Вельяминов П.Н. Качественная модель инициирования вакуумной дуги. ЖТФ, 1967, т. 37, № 10, с. 1870 — 1888.
- Литвинов И.И. Стационарное течение вакуум двухтемпературной полностью ионизованной плазмы. ПМТФ, 1971, № 6, с.10−18.
- Бейлис И.И., Любимов Г. А., Раховский В. И. Диффузионная модель прикатодной области сильноточного дугового разряда. ДАН СССР, 1972, т.203, № 1, с.71- 74.
- Любимов Г. А. О моделях, описывающих прикатодную область сильноточного дугового разряда. ЖТФ, 1973, т.43, № 4, с.888−892.
- Любимов Г. А. О механизме ускорения катодных струй пара. ДАН СССР, 1975, т.225, № 5, с.1045- 1048.
- Любимов Г. А. О динамике катодных струй пара.- ЖТФ, 1977, т.47, № 2, с. 297- 303.
- Зекцер М.П., Любимов Г. А. Теоретическое исследование высокоскоростных потоков плазмы, вытекающих из катодного пятна вакуумной дуги, — ЖТФ, 1979, т. 49, № 1, с.3−11.
- Немчинский В.А. К теории вакуумной дуги. ЖТФ, 1979, т. 49, JM° 7, с.1373- 1378.
- Мойжес Б.Я., Немчинский В. А. Эрозия и катодные струи вакуумной дуги. ЖТФ, 1980, т. 50, № 1, с.78- 80.
- Урюков Б.А. Одномерная модель вакуумной дуги в гидродинамическом приближении. Изв. СО АН СССР, серия тех. наук, 1982, № 8, с.34- 40.
- Немчинский В.А. Скорость эрозии и ионный ток на катод вакуумной дуги. Расчет по методу Монте-Карло, — ЖТФ, 1982, т. 52, № 9, с.1748- 1755.
- Litvinov Е.А., Parfenov A.G. Numerical simulation of cathode processes in a vacuum discharge. Proc. X ISDEIV, Columbia, USA, 1982, pp. 138−141.
- Литвинов E.A., Месяц Г. А., Парфенов А. Г. О природе взрывной электронной эмиссии. ДАН СССР, 1983, т. 269, № 2, с. 343 — 345.
- Литвинов Е.А., Месяц Г. А., Парфенов А. Г. О природе цикличности взрывной электронной эмиссии. ДАН СССР, 1984, т. 279, № 46, с.864−866.
- Литвинов Е.А., Месяц Г. А., Парфенов А. Г., Федосов А. И. О механизме самоподдержания катодного пятна вакуумной дуги. ЖТФ, 1985, т. 55, № 11, с.2270−2273.
- Mesyats G.A. A cyclical explosive model of the cathode spot. IEEE Trans, on Electr. Insul., 1985, v.20, № 4, pp. 729- 734.
- Бронин С.Я., Полищук В. П., Сычев П. Е., Шабашов В. И., Ярцев И. М. Исследование прикатодных процессов в стационарной дуге с диффузной катодной привязкой, — Препринт ИВТАН № 2−199, 1986, 47 с.
- Бейлис И.И. Течение прикатодной плазмы дуги в кнудсеновском слое,-ТВТ, т. 24, № 3, с.437- 444.
- Dilawari А.Н., Szekely J. Numerical calculation of a plasma flow in a vacuum arc discharge. -Plasma Chem. Plasma Proc., 1987, v. 7, pp.317−321.
- Noutsopoulos G., Yannopoulos P. Modelling of a cathodic plasma jet. -J. Hydraulic Res., 1987, v. 25, pp.481 485.
- Wieckert C. A multicomponent theory of the cathodic plasma jet in vacuum arcs. Contrib. Plasma Phys., 1987, v. 27, № 5, pp. 309- 330.
- Mitterauer J., Till P. Computer simulation of the dynamics of the plasma surface interaction in vacuum arc cathode spots.- IEEE Trans. Plasma Sci., 1987, v, 15,№ 5, pp.488 500.
- Litvinov E.A., Mesyats G.A., Parfyonov A.G., Volkov N.B. An explosive emission model of the vacuum arc cathode spot. Proc. XIII ISDEIV, Paris, 1988, pp.158 — 160.
- Бейлис И.И., Зекцер М. П., Любимов Г. А. Анализ постановки и решение задачи о катодной плазменной струе вакуумной дуги. ЖТФ, 1988, т. 58, № 10, с.1861- 1870.
- Афанасьев В.П., Дюжев Г. А., Школьник С. М. Гидродинамическая модель плазменной струи катодного пятна вакуумной дуги. -Препринт 1375 ЛФТИ, 1989, 46с.
- Litvinov Е.А. Parfenov A.G., Shmelev D.L. Potential distribution along the plasma of a vacuum arc.- Proc. XIVISDEIV, Santa Fe, USA, 1990, pp. 266−268.
- Литвинов E.A., Месяц Г. А., Парфенов А. Г. О величине катодного падения потенциала вакуумной дуги. ДАН СССР, 1991, т. ЗЮ, № 2, с.344−347.
- Бейлис И.И., Зекцер М. П. Расчет параметров катодной плазменной струи дугового разряда, — ТВТ, 1991, т. 29, № 4, с. 647 -651.
- Volkov N.B., Nemirovsky A.Z. The ionic composition of the non ideal plasma produced by a metallic sphere isothermally expanding into vacuum. — J. Phys. D.: Appl. Phys., 1991, v. 24, pp. 693- 701.
- Hantzsche E. A hydrodynamic model of vacuum arc plasmas. IEEE Trans. Plasma Sci., 1992, v. 20, № 1, pp. 34−41.
- Афанасьев В.П. О расчете осесимметричной плазменной струи со свободной границей. ЖТФ, 1992, т. 62, № 11, с. 72−79.
- Афанасьев В.П., Дюжев Г. А., Школьник С. М. Гидродинамическая модель плазменной струи катодного пятна вакуумной дуги. 1. Расчет струи в критическом сечении. ЖТФ, 1992, т. 62, № 11, с.80- 88.
- Болотов А.В., Козырев А. В., Королев Ю. Д. Модель катодного слоя вакуумной дуги при немонотонном распределении потенциала в прикатодной плазме. Физика плазмы, 1993, т. 19, № 5, с. 709 -719.
- Козырев А.В., Королев Ю. Д., Шемякин И. А. Процессы в прикатодной области дугового разряда низкого давления, — Изв. вузов. Сер. физ., 1994, т. 37, № 3, с.6−23.
- Кринберг И.А. Катодная плазменная струя при вакуумном пробое и в вакуумной дуге. Письма в ЖТФ, 1994, т. 20, № 18, с. 81- 85.
- Hantzsche Е. Two dimensional model of expanding vacuum arc plasmas. -IEEE Trans. Plasma Sci., 1995, v. 23, № 6, pp. 893- 898.
- Keidar M., Beilis I., Boxman R.L., Goldsmith S. 2D expansion of the low -density interelectrode vacuum arc plasma jet in an axial magnetic field. J. Phys. D.: Appl. Phys., 1996, v. 29, pp.1973 — 1983.
- Krinberg I. A. The hollow-charge effect in the cathodic plasma jet under vacuum breakdown. J. Phys. D.: Appl. Phys., 1996, v.29, № 7, pp. 2049−2051.
- Кринберг И.А., Зверев Е. А. Влияние собственного магнитного поля на формирование катодной плазменной струи в стационарных вакуумных дугах. Письма в ЖТФ. 1997. т.23, в. 11, с. 47 -53.
- Зверев Е.А., Кринберг И. А. Нагрев токового шнура и образование перетяжек в импульсном вакуумном разряде. Письма в ЖТФ, 1998, т.24, № 18, с. 50- 56.
- Кринберг И.А., Зверев Е. А. Пространственная структура катодных плазменных струй в вакуумной дуге. Физика плазмы, 1999, т. 25, № 1, с. 88 -95.
- Коваль Н.Н., Кондратьева Н. П., Королев Ю. Д., Шемякин И. А., Щанин П. М. Исследование потоков ионов, возникающих в прикатодных областях дуги низкого давления. -ФНТП, Петрозаводск, 1998, с.234−238.
- Немчинский В.А. О газодинамическом ускорении катодной струи. -ЖТФ, 1985, т. 55, № 1, с.60- 66.
- Спитцер Л., Хэрм Р. Проблемы современной физики. Вып.2, М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1956, 70 с.
- Брагинский С.И. Вопросы теории плазмы. Вып.1. М.: Атомиздат, 1963, 183с.
- Kahlbaum Т., Forster A. Thermodynamical properties of a nonideal plasma with multiply ions and coulomb interaction. Laser and particle beams, 1990, v.8, pp. 753−762.
- Zollweg R.G., Lieberman R.W. Approximative calculation of a coulomb logarithm for a dense plasma. -J. Appl. Phys., 1987, v. 62, pp.3621−3627.
- Зельдович Я.Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966, 688с.
- Смирнов Б.М. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. -М.: Атомиздат, 1968, 363с.
- Кринберг И.А., Луковникова М. П., Паперный В. Л. Стационарное расширение токонесущей плазмы в вакуум. ЖЭТФ, 1990, т.97, вып. 3, с.806−820.
- Krinberg I.A., Paperny V.L. and Lukovnikova M.P. A general hydrodynamical model of a vacuum arc.-Abstr. of invated talks and contr. papers of ESCAMPIG, Orleans, 1990, v.14E, pp. 435−436.
- Кринберг И.А., Луковникова М. П. Диагностика прикатодной области вакуумной дуги по измерениям ионного состава. -Матер, конф. по физике и технике плазмы, Минск, 1994, т.1, с.422−424.
- Кринберг И.А., Луковникова М. П. Зависимость среднего заряда вакуумной дуги от потенциала ионизации материала катода. Матер, конф. по физике низкотемпературной плазмы, Петрозаводск, 1995, т.2, с.277−278.
- Krinberg I.A., Lukovnikova М.Р. Estimating cathodic plasma jet parameters from vacuum arc charge state distribution. J. Phys. D.:Appl. Phys., 1995, v.28, pp.711−715.
- Krinberg I.A., Lukovnikova M.P. Application of vacuum arc model to the determination of cathodic microjet parameters. J. Phys. D.: Appl. Phys., 1996, v.29, pp.2901−2906.
- Белоцерковский O.M., Давыдов Ю. М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982, 392 с.
- Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1989, 616с.
- Самарский A.A., Николаев Е. С. Методы решения сеточных уравнений. -М.:Наука, 1978, 589с.
- Луковникова М.П. Двумерная модель катодной плазменной струи вакуумной дуги. Матер, конф. по физике низкотемпературной плазмы, Петрозаводск, 1998, ч.2, с.532−535.
- Кринберг H.A., Луковникова М. П. Влияние бокового охлаждения на формирование границ катодной плазменной струи. Матер, конф. по физике низкотемпературной плазмы, Петрозаводск, 1998, ч.1, с.202−205.
- Кринберг И.А., Луковникова М. П. Влияние бокового охлаждения на формирование границ катодной плазменной струи. Известия РАН, сер. физ., 1999, в печати.