Исследование влияния магнитного поля на пространственное распределение характеристик плазмы в вакуумном дуговом разряде с горячим катодом

Диффузная вакуумная дуга представляет собой газовый разряд с низким катодным падением потенциала, ток в котором протекает через сильно-ионизированные пары нагретого до достаточных для термоэлектронной эмиссии и испарения материала катода. В таких условия плотность тока разряда однородно распределяется по поверхности катода, образуя стационарное макроскопическое диффузное пятно. В результате напряжение разряда стабилизируется в сравнении с контрагированной дугой, а в потоке генерируемой плазмы, распространяющейся от катода к аноду, отсутствует капельная фракция. Одновременно с этим сохраняется характерная для вакуумных дуг высокая степень ионизации плазмы и скорость эрозии катода. В представляемом проекте авторы ставят целью осуществить исследование пространственного распределения характеристик генерируемой плазмы (температура и концентрация электронов, состав плазмы), а также электрического потенциала в зависимости от тока, напряжения и величины внешнего продольного магнитного поля в вакуумном дуговом разряде с горячим катодом из термоэмиссионного материала (например, гадолиния). Экспериментальные исследования предлагается провести комбинацией оптических и зондовых методов. Научный интерес к исследованию пространственных характеристик вакуумного дугового разряда обусловлен существующими научными проблемами в понимании физики протекающих вблизи поверхности катода процессов. Так, например, существует сложности при построении физической модели процессов происходящих в прикатодном слое вакуумного дугового разряда. В частности, существует несколько гипотез, объясняющих механизм ускорения ионов от катода к аноду в диффузной вакуумной дуге. Одновременно с перечисленным исследование влияния магнитного поля на характеристики разряда побуждается его широким применением для стабилизации горения и контроля разряда. Прикладной интерес к предлагаемым в проекте исследованиям проистекает из практических применений как диффузного, так контрагированного вакуумного дугового разряда. Источники плазмы на их основе используются для нанесения функциональных покрытий и пленок, при создании композитных материалов и в качестве источников ионов. В связи с этим полученные при выполнении проекта результаты могут быть использованы для совершенствования источников интенсивных плазменных потоков с высокой степенью ионизации, функционирующих при низких давлениях для применения в развивающихся отраслях промышленности. Актуальность решения описанных проблем дополнительно обуславливается возможностью применения диффузного вакуумного дугового разряда в качестве источника разделяемых элементов в разрабатываемой сегодня в Российской Федерации технологии плазменной переработки отработавшего ядерного топлива. В силу того, что успешное решение проблемы рециркуляции ядерного топлива позволит сделать шаг к одной из целей современной ядерной энергетики – переходу к замкнутому ядерному топливному циклу.