Динамика поведения капельной фазы в плазменных потоках, формирующихся в разрядных промежутках вакуумно-дуговых разрядов с рабочим газом аргоном

Abstract

В работе рассмотрена динамика поведения микрокапельной фазы материала катода при функционировании вакуумной дуги в присутствии пассивного рабочего газа Ar. С помощью методики многосеточного электростатического анализатора показано, что в плазменных потоках, распространяющихся от катода, присутствуют и положительно, и отрицательно заряженные микрочастицы. Положительный заряд на микрочастицах обусловлен их термоэмиссией. Интенсивность испарения свободно летящих капель, которые приобретают положительный заряд, определяется в основном плотностью и энергией ионного потока на них и зависит от значения электронной температуры плазмы в разрядном промежутке. Для вычисления скоростей испарения капель требуется знать как точный вид функций распределения по энергии для одно- и многозарядных ионов в потоке вдоль всей траектории движения капли, так и начальные значения температур и траектории микрочастиц, покидающих катод. На скорость испарения микрокапли при очень интенсивных энергетических потоках на неё сильное влияние может оказывать наличие парогазовой мишени, возникающей вокруг капли во время её испарения.

В роботі розглянуто динаміку поведінки мікрокраплинної фази матеріялу катоди при функціонуванні вакуумної дуги в присутності пасивного робочого газу арґону. За допомогою методики багатосіткового електростатичного аналізатора показано, що в плазмових потоках, які поширюються від катоди, є в наявності і позитивно, і неґативно заряджені мікрочастинки. Позитивний заряд на мікрочастинках зумовлений їх термоемісією. Інтенсивність випаровування крапель, що летять вільно і які набувають позитивного заряду, визначається в основному густиною й енергією йонного потоку на них, а також залежить від значення електронної температури плазми в розрядному проміжку. Для розрахунку швидкостей випаровування крапель необхідно знати як точний вигляд функцій розподілу за енергією для одно- і багатозарядних йонів у плазмовому потоці вздовж всієї траєкторії руху краплі, так і початкові значення температур і траєкторії мікрочастинок, що покидають катоду. На швидкість випаровування мікрокраплі при дуже інтенсивних енергетичних потоках на неї великий вплив може чинити парогазова мішень, що виникає навколо краплі під час її випаровування.

This investigation attempts to consider the dynamics of cathode material microdroplets’ phase behaviour during vacuum-arc operation in the presence of passive working gas of argon. Using the multigrid electrostatic analyser technique, it is shown that both positively and negatively charged microparticles are present in plasma flows propagating from the cathode. The positive charge on microparticles is determined by their thermal emission. The evaporation intensity of freely flying droplets, which become positively charged, is mainly determined by both density and energy of ion flux on them and depends on the values of the plasma electron temperature in the discharge gap. For the calculation of drop evaporation rate, the value of explicit view of the energy distribution function for the singly and multiply charged ions in the flux along the trajectory of the drops, and initial values of the temperature and trajectories of microparticles, which leave cathode are required. Under very intensive energy flows on microdroplet, the presence of a gas—vapour target occurring around the drop during evaporation may cause a strong influence on the microdroplets’ evaporation rate.