Исследование влияния магнитного поля, термоэмиссионных свойств и свойств проводимости катодов диффузных вакуумных дуг на характеристики генерируемых плазменных потоков

Вакуумные дуговые разряды широко исследуются более века. Особенностью именно вакуумного разряда является то, что плазмообразующей средой выступают продукты эрозии электродов, интенсивная ионизация которых происходит в узких приэлектродных слоях. Известно, что наибольшая степень ионизации плазмы достигается в случае расходуемого катода, и ее величина может приближаться к 90-100% [1, 2]. Условия, при которых существует катод дуги, определяют характер его эрозии. При достаточно низких средних температурах ток дугового разряда замыкается на нем в виде подвижных пятен с плотностью тока до 10^7 А/см^2, приводящих к интенсивному разогреву и микровзрывам поверхности, инициирующих попадание в плазменный поток крупных частиц вещества – капель [3]. Высокая плотность энерговыделения позволяет получать в дугах с холодными катодам ионы с высокой кратностью ионизации [3]. Присутствие капель в потоке нежелательно для многих технологических задач, однако существуют методы фильтрации, уменьшающие их долю [3]. Хаотичный характер движения катодных пятен сказывается на стабильности величины напряжения разряда, амплитуда колебаний которых может достигать 100% от среднего значения [4]. Это негативно сказывается на управляемости параметрами потока плазмы. Для стабилизации разряда дугу инициируют в присутствии магнитного поля [5]. При увеличении средней температуры катода до ~2000 К дуга из контрагированной формы переходит в диффузную, при которой ток разряда практически равномерно замыкается по всей поверхности катода, а плотность тока падает до величины 10-100 А/см^2 [6]. В результате напряжение горения дуги стабилизируется, капли в потоке плазмы пропадают. Варьирование температуры катода, например, при помощи внешнего подогревателя, позволяет изменять скорость поступления в разряд плазмообразующей среды (скорость испарения катодного материала), а также величину потока электронов термоэмиссии. Управление потоками позволяет влиять на свойства генерируемой плазменной струи. Так в диффузной вакуумной дуге с катодом из гадолиния экспериментально показана возможность изменять зарядовый состав плазмы при фиксированном токе в широких пределах [6]. Кроме этого высокая рабочая средняя температура катода позволяет инициировать разряд на полупроводниковых и диэлектрических веществах [6]. Варьируемость параметров плазмы, универсальность относительно типа катодного материала делают диффузную дугу перспективной для применения в прикладных задачах. Для управления плазменными потоками в приложениях часто используются магнитные поля, которые могут влиять на и свойства разряда. Не смотря на привлекательность диффузной вакуумной дуги как источника плазмы ее поведение во внешнем магнитном поле прежде не исследовалось, а предсказывать свойства разряда и плазмы в таких условиях оказывается затруднительно. Научной проблемой, на решение которой направлен проект, является исследование функционирования вакуумной дуги с диффузной катодной привязкой на катодах из различных классов веществ в продольном магнитном поле.