Исследование пространственно-временных параметров процесса плазмообразования на катоде при эктонных процессах в вакуумном разряде ( Промежуточный за 2018 г. )

Разработана экспериментальная методика и проведены исследования временных характеристик потока ионов вакуумной дуги с наносекундным временным разрешением вблизи пороговых токов разряда с медным катодом. Показано, что генерация ионов в катодном пятне слаботочной вакуумной дуги происходит в виде интенсивных выбросов длительностью от 15 до 50 нс. Фурье-спектры ионного сигнала содержат явно выраженные максимумы в диапазоне 20 - 30 Мгц, что соответствует предполагаемому времени жизни индивидуальной ячейки катодного пятна (периоду эктонного цикла). Создана кинетическая модель прикатодного слоя вакуумного дугового разряда. На основе численного моделирования методом “частицы-в-ячейке” и расчета столкновений методом Монте-Карло (PIC DSMC) показано, что в вакуумных разрядах с диффузным катодным пятном, состоящим из короткоживущих быстроперемещающихся индивидуальных ячеек, большая часть катодного падения потенциала носит омический характер, падение в катодном плазменном слое объемного заряда составляет лишь несколько вольт, а нагрев поверхности катода при этом осуществляется в основном потоком электронов из плазмы. С помощью разработанной полуэмпирической гидродинамической модели образования микрократера на катоде вакуумной дуги при функционировании индивидуальной ячейки катодного пятна проведен расчет пространственно-временных характеристик начальной осесимметричной стадии формирования жидкометаллических струй, выдавливаемых из кратера. Параллельно с численными расчетами аналитически (с использованием дисперсионных соотношений для поверхностных волн) исследованы линейные стадии развития трехмерных (азимутальных) неустойчивостей границы расплава (валика кратера), которые приводят к формированию квазиодномерных цилиндрических струй (эффект короны). Проведены оценки для времени образования квазиодномерных струй и их вероятного количества. Разработана двумерная осесимметричная модель формирования и распада на капли жидкометаллических струй, образующихся при выдавливании расплава из кратера давлением плазмы катодного пятна, после развития азимутальной неустойчивости жидкометаллического вала (эффект ”короны”). В рамках предложенной модели впервые проведено моделирование процессов отрыва струй от вала кратера и их распад на отдельные капли; показано, что механизм отрыва и распада струй обусловлен развитием капиллярной неустойчивости.