Peculiarities of applying reversible hydrogen getters as materials for athodes in gas discharge devices

The peculiarities of applying cathodes made of reversible getter hydride-forming alloys in the gasdischarge devices with crossed ExH fields have been revealed. It has been shown that the availability of such electrodes allows to realize a correlation between the intensity of working gas releasing and the discharge parameters. The possibility for controlling erosion processes and heat regimes for the cathode materials has been shown to exist by initiating a controlled hydrogen desorption from the electrodes

Hydrogen injector based on penning discharge with metal hydride cathode

The paper presents the results of the investigation of a neutral-hydrogen pulse injector based on Penning discharge with a metal hydride hollow cathode. The source of chemically pure hydrogen is a getter alloy Zr₅₀V₅₀ made in the form of a hollow cathode. The main release of hydrogen into the gas phase occurs under the influence of discharge current (about 20 A) in a short period of time (several hundred microseconds), during the operation in the high-current discharge regime. It is shown, that the propagation velocity of the gas front depends on the discharge current and is determined by the hydrogen temperature. The maximum velocity of gas front propagation is obtained at the level of 5·10⁵ cm/s. The amount of hydrogen desorbed per 400-μc pulse isabout 1.5·10⁻³ cm³ under normal conditions and the energy is expended on the level of 0.34 J.Представлено результати роботи імпульсного інжектора нейтрального водню на основі розряду Пенінга з металогідридним порожнистим катодом. Джерелом хімічно чистого водню є гетерний сплав Zr₅₀V₅₀, який виготовлено у вигляді порожнистого катода. Основне виділення водню в газову фазу відбувається під впливом розрядного струму (близько 20 А) за короткий проміжок часу, близько декількох сотень мікросекунд, протягом роботи потужнострумового режиму розряду. Показано, що швидкість поширення газового фронту залежить від розрядного струму і визначається температурою водню. Максимальне значення швидкості поширення газового фронту отримано на рівні 5·10⁵ см/с при кількості водню, що десорбується за імпульс тривалістю 400 мкс близько 1,5·10⁻³ см³ при нормальних умовах і витраченій енергії 0,34 Дж.Представлены результаты работы импульсного инжектора нейтрального водорода на основе разряда Пеннинга с металлогидридным полым катодом. Источником химически чистого водорода служит гетерный сплав Zr₅₀V₅₀, изготовленный в виде полого катода. Основное выделение водорода в газовую фазу происходит под воздействием разрядного тока (порядка 20 А) за короткий промежуток времени, порядка нескольких сотен микросекунд, в течение работы сильноточного режима разряда. Показано, что скорость распространения газового фронта зависит от разрядного тока и определяется температурой поверхности металлогидридного катода. Максимальное значение скорости распространения газового фронта получено на уровне 5·10⁵ см/с при количестве водорода, десорбированного за импульс длительностью 400 мкс порядка 1,5·10⁻³ см³ при нормальных условиях и затраченной энергии 0.34 Дж

Activated hydrogen influence on characteristics of penning discharge with hollow cathode

The results of experimental investigations of reflective discharge using sectioned hollow cathode are presented. As constructive elements of the hollow cathode an alloy Zr₅₀V₅₀Hx able to absorb hydrogen reversibly under low pressure was used. It has been shown that in case of applying of metal-hydride hollow cathode the penetration of plasma in the hollow occurs sufficiently deeper. The possibility to operate the plasma penetration into the hollow cathode by means of potential variation on its sections was investigated. The peculiarities of energy distribution function of extracted ions were carried out.Представлены результаты экспериментальных исследований отражательного разряда с секционированным полым катодом. В качестве конструкционных элементов полого катода использовался геттерный сплав Zr₅₀V₅₀Hx, способный к обратимому поглощению водорода при низком давлении. Показано, что применение такого материала приводит к значительно большему проникновению плазмы в катодную полость. Исследована возможность управления проникновением плазмы в металлогидридный полый катод путем варьирования потенциалами на его секциях. Исследованы особенности функции распределения извлекаемых ионов из такого разряда.Представлено результати експериментальних досліджень відбивного розряду з секціойованим порожнистим катодом. В якості конструкційних елементів порожнистого катоду використовувався гетерний сплав Zr₅₀V₅₀Hx, що здатен оборотно поглинати водень при низькому тиску. Показано, що застосування такого матеріалу приводить до значно більшого проникнення плазми в катодну порожнину. Досліджено можливість керування проникненням плазми в металогідридний порожнистий катод шляхом варіювання потенціалами на його секціях. Досліджено особливості функції розподілу іонів, що витягаються з такого розряду

Investigation of reflecting discharge with the sectioned metal-hydride hollow cathode

In this paper the investigations of Penning discharge with the sectioned hollow cathode in hydrogen environment were carried out. As constructional elements of the hollow cathode the Zr50V50 alloy, which is able to absorb hydrogen reversibly was used. Using metal-hydride cathode was shown to allow to reduce the voltage of hollow cathode mode exciting. The possibility of hollow cathode mode operating by means of variation of potentials on its sections was investigated.У роботі проведені дослідження розряду Пенінга в середовищі водню із секціонованим порожнистим катодом. Як конструкційні елементи порожнистого катода використовувався сплав Zr50V50, здатний до оборотного поглинання водню. Показано, що застосування металогидрідного порожнистого катода дозволяє зменшити напругу збудження ефекту порожнистого катода. Досліджено можливість керування режимом порожнистого катода шляхом варіювання потенціалами на його секціях.В работе проведены исследования разряда Пеннинга в среде водорода с секционированным полым катодом. В качестве конструкционных элементов полого катода использовался сплав Zr50V50, способный к обратимому поглощению водорода. Показано, что применение металлогидридного полого катода позволяет уменьшить напряжение возбуждения эффекта полого катода. Исследована возможность управления режимом полого катода путем варьирования потенциалами на его секциях

Investigation of reflecting discharge with the sectioned metal-hydride hollow cathode

In this paper the investigations of Penning discharge with the sectioned hollow cathode in hydrogen environment were carried out. As constructional elements of the hollow cathode the Zr50V50 alloy, which is able to absorb hydrogen reversibly was used. Using metal-hydride cathode was shown to allow to reduce the voltage of hollow cathode mode exciting. The possibility of hollow cathode mode operating by means of variation of potentials on its sections was investigated.У роботі проведені дослідження розряду Пенінга в середовищі водню із секціонованим порожнистим катодом. Як конструкційні елементи порожнистого катода використовувався сплав Zr50V50, здатний до оборотного поглинання водню. Показано, що застосування металогидрідного порожнистого катода дозволяє зменшити напругу збудження ефекту порожнистого катода. Досліджено можливість керування режимом порожнистого катода шляхом варіювання потенціалами на його секціях.В работе проведены исследования разряда Пеннинга в среде водорода с секционированным полым катодом. В качестве конструкционных элементов полого катода использовался сплав Zr50V50, способный к обратимому поглощению водорода. Показано, что применение металлогидридного полого катода позволяет уменьшить напряжение возбуждения эффекта полого катода. Исследована возможность управления режимом полого катода путем варьирования потенциалами на его секциях

Method of increasing the longitudnal current of Н⁻ ions from pig with a metal-hydride cathode

The possibility of increasing the current of negative hydrogen ions extracted in the longitudinal direction from Penning discharge with a metal-hydride cathode by changing potentials at the discharge cathodes is investigated. An electromagnetic filter is used to separate negative ions from the extracted flux of charged particles. A significant correlation between the extracted total current and the current of negative ions from the cathode potential was found. The optimal parameters for the effective extraction of H⁻ ions are determined. The current of the H⁻ ion beam at a level of 10 μA was obtained.Досліджується можливість збільшення струму негативних іонів водню, видобутих у поздовжньому напрямку з розряду Пенінга з металогідридним катодом шляхом зміни потенціалів на катодах розряду. Для сепарації негативних іонів, що витягаються з потоку заряджених частинок, застосовується електромагнітний фільтр. Виявлена суттєва кореляція загального струму і струму негативних іонів від потенціалу катодів. Визначено оптимальні параметри для ефективного вилучення іонів Н⁻ . Отримано струм пучка іонів Н⁻ на рівні 10 мкА.Исследуется возможность увеличения тока отрицательных ионов водорода, извлекаемых в продольном направлении из разряда Пеннинга с металлогидридным катодом, путем изменения потенциалов на катодах разряда. Для сепарации отрицательных ионов из извлекаемого потока заряженных частиц применяется электромагнитный фильтр. Обнаружена существенная корреляция извлекаемого общего тока и тока отрицательных ионов от потенциала катодов. Определены оптимальные параметры для эффективного извлечения ионов Н⁻. Получен ток пучка ионов Н⁻ на уровне 10 мкА

Methods for control the self-sustained plasma-beam discharge at high energy density

Three methods for control the self-sustained plasma-beam discharge at high energy density are presented in this paper. Using a particular method, it is possible to set the location of the double layers formation in the discharge gap, as well as control its parameters at the high-current inductive discharge stage. It is shown that such methods can significantly increase the active power inputted into the discharge.Наведено три методи керування самостійним плазмово-пучковим розрядом при високій густині енергії. Використовуючи певний метод, можна задавати розташування формування подвійних шарів у розрядному проміжку, а також керувати його параметрами на сильнострумовій індуктивній стадії розряду. Показано, що наведені методи дозволяють значно збільшити активну потужність, що вводиться в розряд.Приведены три метода управления самостоятельным плазменно-пучковым разрядом при высокой плотности энергии. Используя определенный метод, можно задавать местоположение формирования двойных слоев в разрядном промежутке, а также управлять его параметрами на сильноточной индуктивной стадии разряда. Показано, что приведенные методы позволяют значительно увеличить активную мощность, вводимую в разряд

Current compensation of hydrogen ion beam extracted from PIG with metal-hydride cathode

The effect of extracted hydrogen ion beam compensation from reflective discharge with metal-hydride cathode that sufficiently widens the possible field of applying plasma sources of such a type is found. The evolution of energy distribution function of ions extracted along the axial direction from reflective discharge with metal-hydride cathode depending on external parameters of the discharge is investigated. The electron distribution functions which compensate hydrogen ion beam are determined.Виявлено ефект компенсації пучка іонів водню, що витягається з відбивного розряду з металогідридним катодом, що істотно розширює область можливого застосування плазмових джерел такого типу. Досліджено еволюцію функції розподілу іонів, що витягаються уздовж магнітного поля з відбивного розряду з металогідридним катодом, по енергіях залежно від зовнішніх параметрів розряду. Визначено функції розподілу електронів, що компенсують пучок іонів водню.Обнаружен эффект компенсации извлекаемого пучка ионов водорода из отражательного разряда с металлогидридным катодом, который существенно расширяет область возможного применения плазменных источников такого типа. Исследована эволюция функции распределения ионов, извлекаемых вдоль магнитного поля из отражательного разряда с металлогидридным катодом, по энергиям в зависимости от внешних параметров разряда. Определены функции распределения электронов, компенсирующих пучок ионов водорода

Electromagnetic filter for H⁻ separation from pig with metal hydride cathode

The paper proposes a design and method for calculating an electromagnetic filter for separation of negative hydrogen ions extracted in the longitudinal direction from the Penning discharge with a metal hydride cathode. The design of the filter was calculated on the basis of preliminary experimental data and analysis of the trajectory of charged particles, which were obtained by the numerical solution of motion equation. It has been built a model that allows to choose the optimal external parameters for effective separation of H⁻ ions and the interpretation of subsequent experiments. An experimental test of the model has been performedПропонується конструкція і методика розрахунку електромагнітного фільтра, призначеного для сепарації негативних іонів водню, видобутих у поздовжньому напрямку з розряду Пеннінга з металогідридним катодом. Розрахунок конструкції фільтра проводився на підставі попередніх експериментальних даних та аналізу траєкторії заряджених частинок, які були розраховані шляхом чисельного рішення рівняння руху. Побудована модель, що дозволяє вибирати оптимальні зовнішні параметри для ефективної сепарації іонів Н⁻ і інтерпретації наступних експериментів. Проведена експериментальна перевірка працездатності побудованої моделі.Предлагается конструкция и методика расчета электромагнитного фильтра, предназначенного для сепарации отрицательных ионов водорода, извлекаемых в продольном направлении из разряда Пеннинга с металлогидридным катодом. Расчет конструкции фильтра проводился на основании предварительных экспериментальных данных и анализа траектории заряженных частиц, которые были рассчитаны путем численного решения уравнения движения. Построена модель, позволяющая выбирать оптимальные внешние параметры для эффективной сепарации ионов Н⁻ и интерпретации последующих экспериментов. Проведена экспериментальная проверка работоспособности построенной модели

Influence of hydrogen supply on emissive characteristics of pig with metal-hydride cathode

The experimental studies of the Penning-type charged particle source with metal hydride cathode are presented. In order to determine the mechanisms responsible for the emission of negative particles in the axial direction, the influence of different hydrogen feeding methods were studied. To simulate hydrogen desorption the cathode of special design was applied and to force only hydrogen ion-stimulated desorption the forced cooling metal hydride cathode was used.Представлены результаты экспериментального исследования источника заряженных частиц пеннинговского типа с металлогидридным катодом. С целью определения факторов, ответственных за эмиссию отрицательных частиц в аксиальном направлении, изучено влияние разных способов напуска водорода в ячейку. Для имитации десорбции применены катоды специальной конструкции и ион-стимулированная десорбция водорода за счет принудительного охлаждения металлогидридного катода.Представлено результати експериментального дослідження джерела заряджених частинок пенінговського типу з металогідридним катодом. З метою визначення факторів, що відповідають за емісію негативних частинок в аксіальному напрямку, вивчено вплив різних способів напуску водню в проміжок. Для імітації десорбції застосовані катода спеціальної конструкції і іон-стимульована десорбція водню за рахунок примусового охолодження металогідридного катоду