Current cathode spots in the glow discharge normal regime as a stationary dissipative structure: macroscopic parameters

Abstract

Effect of the normal current density in the dc glow discharge normal regime is studied using a phenomenological model of stationary dissipative structures caused by the distributed feedback. The cathode layer is described as a bistable medium, governed by the Fisher-type reaction-diffusion equation for ions' density. Stability of normal cathode current structure and existence of the current-voltage characteristic section with the current independent voltage drop is explained using the proposed analogy. The main parameters of the dissipative structure such as travelling wave velocity and critical current of abnormal regime transition are calculated. Obtained results are in good correspondence with the parameters obtained from the numerical simulation of dc glow discharge.

Досліджено ефект нормальної густини струму в нормальному режимі жевріючого розряду використовуючи аналогію між властивостями розряду та стаціонарних дисипативних структур, обумовлених розподіленим зворотнім зв’язком. Катодний шар описується як активне середовище, що складається з бістабільних елементів, використовуючи рівняння виду реакції-дифузії. Використовуючи наведену аналогію, пояснено ефект нормальної густини струму, існування на ВАХ ділянки з незалежною від значення сили струму величиною падіння напруги. Розраховано основні параметри дисипативної структури, такі як швидкість фронту хвилі перемикання у випадку плоскої геометрії, критичне значення сили струму, що відповідає переходу в аномальний режим. Отримані результати узгоджуються з результатами комп’ютерного моделювання.

Исследован эффект нормальной плотности тока в катодном слое тлеющего разряда с использованием аналогии между свойствами разряда и стационарных диссипативных структур, обусловленных распределенной обратной связью. Катодный слой разряда описывается как активная среда, состоящая из бистабильных элементов, с помощью уравнения реакции-диффузии. С помощью приведенной аналогии объяснен эффект нормальной плотности тока, существование на ВАХ участка с независимой от значения силы тока величины падения напряжения. Рассчитаны основные параметры диссипативной структуры, такие как скорость фронта волны переключения в плоском случае, критическое значение силы тока, отвечающее переходу в аномальный режим. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами численного моделирования.