Effect of the parameters of a gas-discharge plasma on the equilibrium temperature and floating potential of macroparticle

The effect of discharge plasma density and energy of the electron beam on the potential of the solitary macroparticle (MP) has been investigated. It is shown that increasing of the plasma density as well as the electron beam energy lead to heating of the MP and to the appearance of the effect of thermionic emission, which leads to a decrease in the absolute value of its potential. The mutual influence on each other of the MP charging processes and its heating has been studied.Исследовано влияние плотности газоразрядной плазмы и энергии электронного пучка на потенциал уединенной макрочастциы (МЧ). Показано, что увеличение плотности плазмы, а также энергии электронного пучка приводят к интенсивному разогреву МЧ и возникновению эффекта термоэлектронной эмиссии, который приводит к снижению по абсолютной величине ее потенциала. Изучено взаимное влияние процессов зарядки МЧ и ее разогрева.Досліджено вплив густини газорозрядної плазми і енергії електронного пучка на потенціал відокремленої макрочастки (МЧ). Показано, що збільшення густини плазми, а також енергії електронного пучка призводять до інтенсивного розігріву МЧ і виникнення ефекту термоелектронної емісії, що призводить до зниження за абсолютною величиною її потенціалу. Вивчено взаємний вплив процесів зарядки МЧ і її розігріву

Decay of liquid metallic macroparticles in plasma-beam systems due to rayleigh instability

The possibility of decay of liquid macroparticles (MP) in collisionless plasma of vacuum arc source as a result of charging by high-energy electron beam and subsequent development of the Rayleigh instability is studied. The criteria of droplets decay are obtained. It has been estimated the charge time of droplets by electron beam, the time of droplets decay, as well as the heating time to a temperature when the thermionic emission occurs. It was shown that the MP heating time significantly exceeds the development of the Rayleigh instability.Изучена возможность распада жидких макрочастиц (МЧ) в бесстолкновительной плазме вакуумного дугового источника плазмы в результате их зарядки электронным пучком высоких энергий и последующим развитием неустойчивости Рэлея. Получены критерии распада МЧ, время зарядки МЧ электронным пучком, время распада МЧ, а также время нагревания до температуры, когда происходит разрядка МЧ термоэмиссионным током. Показано, что время разогрева МЧ значительно превышает время развития неустойчивости Рэлея.Вивчено можливість розпаду рідких макрочасток (МЧ) у плазмі без зіткнень, яка створюється вакуумно-дуговим джерелом плазми, в результаті їх зарядки електронним пучком високих енергій і подальшим розвитком нестійкості Релея. Отримано критерії розпаду МЧ, час зарядки МЧ електронним пучком, час розпаду МЧ, а також час нагрівання до температури, коли відбувається розрядка МЧ термоемісійним струмом. Показано, що час розігріву МЧ значно перевищує час розвитку нестійкості Релея

Specific of interaction of the macroparticles with the plasma-beam systems

The presented paper summarizes the results of the last works of the authors on modeling the processes of heating and evaporation of macroparticles in a plasma-beam system. The emphasis are made on the influence of the parameters of the plasma as well as the electron beam introduced into the plasma on these processes. A detailed analysis of the effects that accelerate or slow down the rate of heating and evaporation of macroparticles has been performed.Узагальнено результати останніх робіт авторів з моделювання процесів нагрівання і випаровування макрочасток y плазмово-пучковій системі. Особлива увага приділяється впливу параметрів плазми, а також електронного пучка, що вводиться в плазму, на ці процеси. Було проведено детальний аналіз ефектів, які прискорюють або уповільнюють швидкість нагріву і випаровування макрочасток.Обобщены результаты последних работ авторов по моделированию процессов нагрева и испарения макрочастиц в плазменно-пучковой системе. Особое внимание уделяется влиянию параметров плазмы, а также электронного пучка, вводимого в плазму, на эти процессы. Был проведен подробный анализ эффектов, которые ускоряют или замедляют скорость нагрева и испарения макрочастиц

Effect of electron emission processes on macroparticle charging in plasma systems with electron beam

The effect of different electron emission processes on macropraticle (MP) charging in a plasma at the presence of electron beam is investigated. A complete model of the MP charging in the beam-plasma systems, which includes possible electron emission processes from the MP surface, such as secondary electron emission, the thermionic electron emission, the field electron emission and thermal-field electron emission, is presented.Досліджено вплив різних процесів електронної емісії на зарядження макрочастинки (МЧ) у плазмі у присутності електронного пучка. Подано повну модель зарядження МЧ у пучково-плазмових системах, до складу якої входять можливі процеси електронної емісії з поверхні МЧ, такі як вторинна електронелектронна емісія, термоелектронна, автоелектронна та термоавтоелектронна емісії.Исследовано влияние различных процессов электронной эмиссии на зарядку макрочастицы (МЧ) в плазме в присутствии электронного пучка. Представлена полная модель зарядки МЧ в пучково-плазменных системах, которая включает в себя возможные процессы электронной эмиссии с поверхности МЧ, такие как вторичная электрон-электронная эмиссия, термоэлектронная, автоэлектронная, термоавтоэлектронная эмиссии

Capture and transport of macroparticles in curved plasma duct at low magnetic field in the presence of an electron beam

The possibility of the macroparticles transport through a magnetic separator due to their capture by the electric field generated inside the duct becomes possible. The conditions are obtained under which transport of the macroparticles by the negative space charge is investigated. It is shown that if there is a space charge in the plasma duct then the interaction of positively charged macroparticles and the negative space charge takes place and as a result, capturing of the macroparticle through the magnetic separator takes place.Изучена возможность транспортировки макрочастиц (МЧ) через магнитный сепаратор в результате их захвата электрическим полем, созданным отрицательным пространственным зарядом. Показано, что при условии существования пространственного заряда в плазмоводе происходит взаимодействие положительно заряженной МЧ и отрицательного пространственного заряда, в результате чего возможно удержание МЧ внутри плазмовода. Определены условия, при которых происходит траспортировка МЧ через сепаратор.Досліджено можливість транспортування макрочастинок (МЧ) крізь магнітний сепаратор у результаті їх захоплення електричним полем, що створюється від’ємним просторовим зарядом. Показано, що за умови існування просторового заряду в плазмоводі відбувається взаємодія позитивно зарядженої МЧ та негативного просторового заряду, внаслідок чого стає можливим утримання МЧ всередині плазмовода. Здобуто умови, за яких відбувається транспортування МЧ крізь магнітний сепаратор

Phase states of macroparticles under interaction of keV ion beam with dusty plasma

Peculiarities of the keV-energy charge-compensated ion beam interaction with dusty plasma macroparticles are studied theoretically in this paper. Negative potential of the dusty plasma macroparticles makes conditions for their capture into the core of ion beam and their efficient interaction with beam ions. Heat and mass balances of the macroparticles in ion-beam system are considered. It is shown that it takes several milliseconds for the temperature of macroparticles to reach the boiling temperature under the intensive keV ion beam bombardment. Decreasing of the macroparticles mass is associated with both sputtering by the ion beam and evaporating after reaching the boiling temperature.Теоретически исследованы особенности взаимодействия компенсированного по заряду ионного пучка средних энергий с макрочастицами пылевой плазмы. Отрицательный потенциал макрочастиц создает условия для захвата пылевых частиц в остов ионного пучка, который обычно имеет положительный потенциал, и эффективного взаимодействия с ионным пучком. Рассмотрены тепловой и массовый балансы макрочастиц в ионно-плазменной системе. Показано, что при облучении пылевой плазмы интенсивными пучками ионов средних энергий за времена порядка десятка миллисекунд температура макрочастиц достигает температуры кипения. Уменьшение массы макрочастиц связано как с распылением ионным пучком, так и с испарением после достижения температуры кипения.Теоретично досліджено особливості взаємодії компенсованого за зарядом іонного пучка середніх енергій з макрочастинками пилової плазми. Від’ємний потенціал макрочастинок створює умови для захоплення пилових частинок до остову іонного пучка, який зазвичай має позитивний потенціал, та ефективної взаємодії з іонним пучком. Розглянуто тепловий та масовий баланси макрочастинок в іонно-плазмовій системі. Показано, що при опроміненні пилової плазми інтенсивними пучками іонів середніх енергій за інтервали часу порядку десятка мілісекунд температура макрочастинок сягає температури кипіння. Зменшення маси макрочастинок пов'язано як з розпиленням іонним пучком, так і з випаровуванням за температури кипіння