Low pressure gas discharge in magnetically insulated diode

Abstract

The characteristics of the low pressure discharge in crossed electric and magnetic fields is described in this work for the case of magnetically insulated diode and electron anode layer with free cathode boundary. The theory is compared with experimental characteristics of Hall-type ion source “Radical” such as breakdown curves, current-voltage characteristics, dependences of discharge current on magnetic field and pressure. As a result of the carried out analysis, the mechanism of the discharge evolution dependence on boundary conditions is proposed. The mechanism of discharge initiation based on combined ionization of gas by electron avalanches and high energy γ-electrons is considered as well.

Исследованы характеристики разряда низкого давления в скрещенных ЕхН-полях со свободной и фиксированной катодной границей (случай магнитоизолированного диода). Получены новые экспериментальные данные для вольт-амперных характеристик и зависимости разрядного тока от давления и напряженности магнитного поля. Показано, что стартовые участки вольт-амперных характеристик для обоих случаев идентичны и соответствуют режиму с «осциллирующими» электронами. Также представлена теоретическая модель, основанная на уравнениях баланса токов и энергии электронов, и проведено сравнение с экспериментом. Полученные результаты представляют интерес для дальнейшего развития магнетронных распылительных систем и плазменных ускорителей с замкнутым дрейфом электронов.

Досліджено характеристики розряду в схрещених ЕхН-полях з вільною та фіксованою границею (режим магнітоізольованого діода). Здобуто нові експериментальні дані для вольт-амперних характеристик та проаналізовано їхні залежності від тиску та напруженості магнітного поля. Показано, що стартові ділянки вольт-амперних характеристик в обох випадках є ідентичними та відповідають режиму з «осцилюючими» електронами. Також представлено теоретичну модель, яка базується на струмовому та енергетичному балансі електронів, а також проведено порівняння з експериментом. Здобуті дані є корисними для подальшого розвитку магнетронних розпилювальних систем та плазмових прискорювачів із замкнутим дрейфом електронів.