к.ф.-м.н. Д.В. Белоплотов, к.ф.-м.н. Д.А. Сорокин, д.ф.-м.н. В.Ф. Тарасенко
Впервые выполнены прямые измерения тока убегающих электронов (УЭ), генерируемых при формировании положительного стримера в резко неоднородном электрическом поле. Разрядный промежуток «плоскость–остриё» показан на рис. 1а. Анод-остриё имел форму конуса и был изготовлен из сетки. Зазор 5 мм. Камера заполнялась гелием при p=100 кПа. В эксперименте I записывались временные развёртки развития разряда (рис. 1б) с помощью стрик-камеры Hamamatsu (разрешение ~10 пс) и соответствующие осциллограммы напряжения и тока разряда. В эксперименте II записывались осциллограммы напряжения и тока УЭ. Применялся осциллограф Keysight (6 ГГц, 20 Гвыб/с). Полученные осциллограммы накладывались и сравнивались (рис. 1в, г).
Рис. 1. (а) Газоразрядная камера: 1 – катод, 2 – анод из сетки, 3 – сетка, 4 – коллектор, 5 – ёмкостный делитель напряжения, 6 – токовый шунт, 7 – SMD-резисторы. (б) Временная развёртка развития разряда. Осциллограммы (в) напряжения и (г, д) тока разряда и УЭ (ХХ – холостой ход).
Формирование положительного стримера от острийного анода к плоскому катоду (рис. 1б). сопровождается протеканием существенного предпробойного тока (рисунок 1г, д), вызванного быстрым (за ~0.1 нс) перераспределением электрического поля в промежутке. Импульс тока УЭ состоит из двух пиков (рисунок 1г, д): первый – генерация УЭ в предпробойной стадии, второй –генерация УЭ в катодном слое после пробоя. Время нарастания тока разряда и первого пика тока УЭ соответствует переходной характеристики осциллографа (≈100 пс). Реальное время нарастания, а также длительность первого пика тока УЭ вероятно не превышает нескольких десятков пикосекунд.
Момент генерации УЭ в предпробойной стадии определялся с учётом времени пролёта УЭ от промежутка до коллектора (24 мм). Для этого нужно знать энергию УЭ. Установлено, что энергия электронов в первом пике лежит в диапазоне от 10 до 32 кэВ (напряжение пробоя 42 кВ), а во втором пике – меньше 10 кэВ. Прямоугольник на рисунке 1д показывает, когда произошла генерация УЭ в зависимости от энергии. Вероятнее всего УЭ генерируются в высоком электрическом поле вблизи анода на этапе развития лавин благодаря резко неоднородному распределению потенциала.
Публикации:
- Beloplotov D.V., Tarasenko V.F., Shklyaev V.A., Sorokin D.A. Generation of runaway electrons in plasma after a breakdown of a gap with a sharply non-uniform electric field strength distribution // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2021. – Vol. 54. – No 30. – P. 304001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abfddc
Результат получен при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-02-00733: «Исследование генерации убегающих электронов с привязкой к динамике развития волны ионизации на основе оригинального метода».
Приоритетное направление
1.3.4.2. Физика низкотемпературной плазмы
