The formation of near anode double layer in highcurrent plasma diode of low pressure

A plasma electron source on the basis of a pulse plasma diode of low pressure with an extended interelectrode gap has been experimentally investigated. The basis of a plasma electron source serves a gas discharge of a new type - selfmaintained beam-plasma discharge, which distinctive feature is the forming of a double electrical layer of a space charge in a discharge gap and generation of an intensive electron beam. The exterior parameters were determined, at which formation of a double layer and the acceleration of an electron beam in such discharge occurs immediately at working area of the anode. The plasma electron source is calculated on generation of an electron beam with the energy 〖10〗^4…〖10〗^5 eV at the current 2…3 kA, current density 200…300 A/cm 2 , pulse length 1…10 μs and efficiency of conversion of an exterior electric field energy into an electron beam energy up to 80%

The hydrogen plasma injector with the metal-hydride hollow cathode

The intensive pulse source for synthesized electron-ion beams on the basis of the Penning discharge with the metal hydride hollow cathode was investigated. The main feature of this device is the application of metal hydride Zr₅₀V₅₀Hx as an electrode material for the hollow cathode. The using of metal hydride hollow cathode allows to provide the pulse working gas feed at low starting pressure р = 10⁻³ Pa. The density of ion current in the source achieved 50… 100 mА/cm² at the energy of ion and electron beams 0,5…1 keV. The comparison of parameters of the charged particles sources in different modes of hollow cathode operations is carried out.Розглядається інтенсивне імпульсне джерело для синтезу електронно-іонних пучків на основі розряду Пенінга з металогідридним порожнистим катодом. Особливістю пристрою є застосування металогідриду Zr₅₀V₅₀Hx в якості матеріалу електрода порожнистого катода. Використання металогідридного порожнистого катода дозволяє забезпечити імпульсну подачу робочого газу при зниженому початковому тиску р = 10⁻⁵ Пa. Щільність струму іонів у джерелі досягає 50…100мА/см² при енергії пучка 0,5...1 кеВ. Проведено порівняння параметрів джерел заряджених часток у різних режимах роботи порожнистого катода.Рассматривается интенсивный импульсный источник для синтеза электронно-ионных пучков на основе разряда Пеннинга с металлогидридным полым катодом. Особенностью устройства является применение металлогидрида Zr₅₀V₅₀Hx в качестве материала электрода полого катода. Использование металлогидридного полого катода позволяет обеспечить импульсную подачу рабочего газа при пониженном начальном давлении р = 10⁻⁵ Пa. Плотность тока ионов в источнике достигает 50…100 мА/cм² при энергии пучка 0,5…1 кэВ. Проведено сравнение параметров источников заряженных частиц в различных режимах работы полого катода

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

Generating of low energy intensive ion streams in conditions of low pressure

In the work the method of forming of low energy ion streams near the sample surface with separating the generation area of plasma and the acceleration area of ion is offered. It allows to lower pressure in acceleration area essentially (0.01 Pa and below). The separating of the areas takes place at the expense of vacuum resistance in a plasma generating device. The dependence of plasma parameters on exterior parameters of the device is determined and the way of the further decreasing of working pressure in the modification area up to 10⁻³ – 10⁻⁴ Pa are shown

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

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

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

The formation of the low-sized high density plasma structures in the self-maintained plasma-beam discharge

The opportunity of use self-maintained plasma-beam discharge in an extended pulsing plasma diode of low pressure for making powerful sources of the soft X-rays is investigated. Conditions of formation of the self-maintained plasmabeam discharge are determined. The mode of making of dense high-temperature plasma on the basis of stannum ions in the discharge is shown. The stannum ions are used as a working element of a radiation sources at pulsing power of electron beam Ɋ~10…100 MW. Results of the examination on formation of the dense (np~1016 cm 3 ), small sizes (l<1 cm) plasma with the electron temperature Ɍe~100 eV in conditions of working material evaporation from the anode are given. The total contribution of energy to the discharge has made W < 20 J

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