氦气冷阴极击穿三区制的解析模型
等离子体物理
2018-04-11 v1
摘要
我们建立了一个解析模型，以描绘帕邢曲线在极高压、电子处于逃逸区且离子与快中性原子的电荷交换/电离雪崩变得重要时的低压（左侧）分支。该模型应用于平行板电极间氦气，电势幅值范围在 10 至 1000 千伏。相应的约化电场 E/n 变化范围为 50–6000 kTd，约化密度 nd（其中 n 为气体密度，d 为电极间距）量级为 10^20 m^-2。对于通过电荷交换产生的快中性原子，以下相互作用被证明对理解击穿机制至关重要：对碰撞电离的贡献、与背景原子碰撞中的强各向异性散射，以及来自阴极的背散射（原子与离子两者，离子会中和）。根据电子、离子和快中性原子碰撞电离的相对占比，识别出三种击穿区制。在此特别关注的快中性区制中，电离雪崩从阳极指向阴极。它由从阴极背散射的快中性束引发，电荷倍增通过多次连续的电离与电荷交换循环发生。进一步发现，帕邢曲线在近 200 kV 处具有分支点的双值形状，源于重粒子向逃逸区制的转变。解析帕邢曲线与详细粒子网格/蒙特卡洛（PIC/MCC）模拟结果以及实验测量进行了比较。该模型对 E/n 高达约 1000 kTd 提供了准确预测，限制来自所需输入数据的可用性与质量。
引用
@article{arxiv.1804.03167,
title = {Analytical model of three regimes of cold cathode breakdown in helium},
author = {Liang Xu and Alexander V. Khrabrov and Igor D. Kaganovich and Timothy J. Sommerer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1804.03167},
year = {2018}
}
备注
30 pages,14 figures