Generator of low pressure volume plasma with plasma electron source

Abstract

In the current paper the results of a study of a volumetric high-current low-pressure discharge with a plasma electron source are presented. The source was made on the basis of a hollow cathode with a gas-magnetron ignition of the discharge and an auxiliary arc discharge for the cathode heating up to thermionic emission temperature. The gas-discharge plasma was generated at a working gas pressure 0.1...1 Pa and hade an electron concentration of 10¹⁰ ...(5×10¹¹) cm⁻³ in a volume of 0.1 m³. Also the volt-ampere characteristics, the ion current density distribution in the working volume are presented for different discharge conditions. The plasma generator may be used in the processes of ion-plasma technologies (oxidation, nitration in non-hydrogen media), as well as in energy-saving technologies of combined ion-plasma processing of structural materials. An improved electron plasma source with a hollow cathode will allow one to work in a wide range of discharge currents and also will be served for a large operating life of devices.

Haведено результати дослідження об’ємного дугового розряду низького тиску з плазмовим джерелом електронів, виконаним на основі порожнистого катода з газомагнетронним запалюванням розряду і допоміжним дуговим розрядом для розігріву порожнистого катоду до термоемісійних температур. Газорозрядна плазма, утворювана при тисках робочого газу 0,1…1 Па, має концентрацію електронів 10¹⁰ ...(5×10¹¹) см⁻³ в об’ємі 0,1 м³. Надано вольт-амперні характеристики та залежності розподілу густини іонного струму в робочому об’ємі від умов розряду. Плазмогенератор може бути використаний в процесах іоно-плазмових технологій (оксидування, азотування в безводневих середовищах), а також в енергозберігаючих технологіях комбінованої іонно-плазмової обробки конструкційних матеріалів. Вдосконалене плазмове джерело електронів з порожнистим катодом дозволить працювати в широкому діапазоні розрядних струмів і з більшим робочим ресурсом пристрою.

Приведены результаты исследования объемного сильноточного разряда низкого давления с плазменным источником электронов, выполненным на основе полого катода с газомагнетронным зажиганием разряда и вспомогательным дуговым разрядом для разогрева катода до термоэмиссионных температур. Газоразрядная плазма, генерируемая при давлении рабочего газа 0,1…1 Па, имеет концентрацию электронов 10¹⁰ ...(5×10¹¹) см⁻³ в объеме 0,1 м³. Представлены вольт-амперные характеристики, зависимости распределения плотности ионного тока в рабочем объеме от условий разряда. Плазмогенератор может быть использован в процессах ионно-плазменных технологий (оксидирования, азотирования в безводородных средах), a также в энергосберегающих технологиях комбинированной ионно-плазменной обработки конструкционных материалов. Усовершенствованный плазменный источник электронов с полым катодом позволит работать в широком диапазоне разрядных токов и с большим рабочим ресурсом устройства.