Моделирование фокусировки электронов анодными микровыступами в газовых разрядах высокого давления

Аннотация

Проведено численное моделирование фокусировки потока электронов с заданной начальной энергией электрическим полем микровыступа на аноде разрядного промежутка. Рассмотрен конический микровыступ высотой 10 мкм и радиусом основания 5 мкм. Разрядный промежуток предполагался заполненным молекулярным азотом атмосферного давления. Начальная энергия потока электронов задавалась в диапазоне от 0 эВ до 10 кэВ. Величина электрического поля вблизи микровыступа без учета его коэффициента усиления варьировалась от 50 кВ/см до 1 МВ/см. В рамках разработанной численной 2D Монте-Карло модели исследована зависимость эффективности фокусировки потока электронов от их начальной энергии и величины электрического поля вблизи выступа. Под эффективностью фокусировки здесь понималось отношение плотности тока электронов на аноде к начальной плотности тока моделируемого потока. В результате моделирования обнаружено, что в вакууме относительное увеличение плотности тока на микровыступе не превышало 18%. В азоте атмосферного давления в результате рассеяния электронов плотность тока на микровыступе могла возрасти до 3,5 раз по сравнению с начальным значением. При этом оптимальными условиями для фокусировки электронов являлись напряженность поля вблизи микровыступа ~250 кВ/см и начальная энергия электронов до ~250 эВ.