Моделирование тепловых и эрозионных процессов в многоканальном полом катоде

DOI: 10.34759/trd-2023-129-09

Авторы

Черкасова М. В.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

e-mail: maria-post@mail.ru

Аннотация

В статье представлена двумерная физико-математическая модель тепловых и электрических процессов в многоканальном полом катоде с прокачкой плазмообразующего газа. Предлагается модель описания эрозионных процессов в катоде: испарение, распыление и осаждение катодного материала (рециклинг). Рассматривается течение частично ионизованной плазмы с примесью катодного материала. Модель использована при расчете характеристик экспериментальных конструкций катодов. Получено удовлетворительное согласие с экспериментом.

Ключевые слова:

полый катод, дуговой разряд, частично ионизованная плазма, эрозия, распыление

Библиографический список

1. Delcorix J.L., Minoo H., and Trindade A.R. Gas Fed Multichannel Hollow Cathode Arcs // Review of Scientific Instruments, 1969, vol. 40, pp. 1555-1562. DOI:10.1063/1.1683861
2. Cassady L.D., Choueiri E.Y. Experimental and theoretical studies of the lithium-fed multi-channel and single-channel hollow cathode // Proc. 29th International Electric Propulsion Conference, Princeton University, 2005. URL: https://alfven.princeton.edu/publications/pdf/cassady-iepc-2005-094.pdf
3. Черкасова М.В. Математическое моделирование физических процессов в полом катоде: дисс.....канд. физ.-мат. наук. — М.: МАИ, 2007. ‒ 152 с.
4. Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. — Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1967. — 195 c.
5. Крайнов А.Ю., Миньков Л.Л. Численные методы решения задач тепло- и массопереноса. — Томск: STT, 2016. — 92 с.
6. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. — М.: Мир, 1975. — 935 с.
7. Guerrero P., Mikellides I.G., Polk J.E., Monreal R.C., Meiron D.I. Critical implications of ion-surface energy accommodation and neutralization mechanism in hollow cathode physics // Journal of Applied Physics, 2021, vol. 130, issue 4. DOI: 10.1063/5.0055824
8. Митчнер М., Кругер И. Частично ионизованные газы. — М.: Мир, 1976.— 496 с.
9. Гаврилова А.Ю., Скороход Е.П. Сечения и константы скоростей плазмохимических реакций инертных газов. — М.: Изд-во МАИ, 2011. — 192 с.
10. Черный Г.Г., Лосев С.А. Физико—химические процессы в газовой динамике: справочник. Т. I. Динамика физико—химических процессов в газе и плазме. — М.: Изд-во Московского университета, 1995. — 343 с.
11. Черный Г.Г., Лосев С.А. Физико—химические процессы в газовой динамике: справочник. Т. II. Физико—химическая кинетика и термодинамика. — М.: Научно—издательский центр механики, 2002. — 368 с.
12. Паневин И.Г., Хвесюк В.И., Назаренко И.П. и др. Теория и расчет приэлектродных процессов. ‒ Новосибирск: Наука, 1992. ‒ 197 с.
13. Хаддлстоун Р., Леонард С. Диагностика плазмы. — М.: Мир, 1967. — 516 с.
14. Березко М.Э., Никитченко Ю.А. Сравнение комбинированных кинетическо-гидродинамических моделей различных порядков на примере течения Куэтта // Труды МАИ. 2020. № 110. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=112842. DOI: 10.34759/trd-2020-110-8
15. Способин А.В. Бессеточный алгоритм расчёта сверхзвуковых
    течений вязкого теплопроводного газа // Труды МАИ. 2021. № 121. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=162656. DOI: 10.34759/trd-2021-121-09
16. Березко М.Э. Влияние выбора граничных условий на результаты
    расчёта пристеночных течений // Труды МАИ. 2022. № 122. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=164197. DOI: 10.34759/trd-2022-122-09
17. Sigmund P. Mechanisms and theory of physical sputtering by particle impact // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B-beam Interactions With Materials and Atoms, 1987, vol. 27, pp. 1-20. DOI:10.1016/0168-583X(87)90004-8
18. Плешивцев Н.В. Катодное распыление. ‒ М.: Атомиздат, 1968. ‒ 344 с.
19. Алексеев Б.В. Исследование термодинамических и переносных свойств нейтральных и ионизованных газов: тематический сборник научных трудов института. — М.: МАИ, 1979. С. 45-51.
20. Ковалев В.М., Ляпин А.А., Урусин М.М. О распылении сильноточного вольфрамового катода // Теплофизика высоких температур. 1978. № 2. С. 418‒419. URL: http://mi.mathnet.ru/rus/tvt/v16/i2/p418
21. Жуков М.Ф., Козлов Н.П., Пустогаров А.В и др. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. — Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1982. ‒ 157 с.
22. Кашенков В.И., Ковалев В.Н., Ляпин А.А., Пехтерев С.В. Обеспечение ресурса сильноточных полых катодов // ХI Всесоюзная конференция «Генераторы низкотемпературной плазмы» (Новосибирск, 20-23 июня 1989): тезисы докладов. — Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1989. Ч. II. С. 28‒29.
23. Zhou X., Heberlein J. An experimental investigation of factors affecting arc-cathode erosion // Journal of Physics D: Applied Physics, 1998, no. 31, pp. 2577‒2590. DOI:10.1088/0022-3727/31/19/031
24. Eckstein W. Sputtering Yields // In: Sputtering by Particle Bombardment. Topics in Applied Physics, Springer, Berlin, Heidelberg, 2007, vol. 110, pp. 33-187. ‒ DOI:10.1007/978-3-540-44502-9_3
25. Nuclear Data Section /Atomic International Energy Agency and Molecular Data Unit. URL: https://www-amdis.iaea.org/ALADDIN/
26. De Tata M., Albertoni R., Rossetti P., Paganucci F., Andrenucci M., Cherkasova M., Obukhov V., Riaby V. 100-hrs Endurance Test on a Tungsten Multi-Rod Hollow Cathode for MPD Thrusters // Proc. 32nd International Electric Propulsion Conference. Wiesbaden, Germany, 2011, 15 p. URL:http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-84880667614&partnerID=MN8TOARS

Скачать статью