В работе представлена апробация численного метода решения уравнений Власова-Пуассона на примере построения ВАХ плоского вакуумного диода с тепловым разбросом носителей заряда по скоростям.
В инженерной практике проектирования электронных пушек для импульсных электровакуумных приборов СВЧ необходимо с высокой точностью определять напряжение запирания. Используемая в оптимизационных расчётах модель эмиттера, основана на представлении эмиссионной поверхности множеством плоских диодов с бесконечной эмиссионной способностью. Каждый плоский диод описывается законом степени 3/2, что приводит к завышению значения напряжения запирания пушки, поскольку не учитывается тепловой разброс электронов по скоростям.
Использование кинетического уравнения для моделирования транспорта носителей заряда в прикатодной области электронной пушки повышает точность определения формы потенциального барьера, обусловленного пространственным зарядом электронного потока в широком диапазоне приложенных напряжений. В отличие от стационарного метода крупных частиц, используемого в оптимизационных расчётах электронных пушек, кинетическое уравнение позволяет моделировать процесс отражения электронов от потенциального барьера и не требует применения интерполяции для расчета плотностей тока и заряда.
Уравнения Власова-Пуассона было решено методом контрольных объёмов.
In this paper we explore current-voltage characteristic of the vacuum tube diode by numerical simulation Vlasov–Poisson equation, taking into account the thermal distribution of electron speeds.
Vlasov equation is good describing time evolution of the distribution function of electron gas with long-range interaction in vacuum tube. So we can describe motion of electrons reflected by space charge potential barrier, unlike steady-state particle-in-cell methods used in engineering practice.
When designing electron guns for pulse vacuum electron devices we need to predict their cut-off voltages with high accuracy. Emitter model used in optimization calculations is based on representation of the emission surface by set of flat diodes with infinite emissivity confined by space charge. These diodes are described by Child–Langmuir law, which overstates cut-off voltages. It happens because of thermal distribution of electron speeds is neglected.
Vlasov–Poisson equations used for electron transport simulation increase computation accuracy of the potential barrier shape in broad anode voltage range.
Идентификаторы и классификаторы
Разработанная методика дает хорошие результаты во всем диапазоне напряжений и позволяет моделировать поведение электронного пучка в любом режиме работы от запирания до режима насыщения. Расчет невязки по плотности тока позволяет не только наиболее точно рассчитать плотность тока и потенциал, но и построить «стационарную» ВАХ диода.
В разработанном подходе нет необходимости рассчитывать траектории и для расчета плотности заряда и тока использовать различные методы интерполяции и пересчета тока траекторий в пространственные функции распределения.
Список литературы
- https://3ds.com
- Журавлева В. Д., Семенов С. О. // Прикладная физика. 2006. № 3. С. 97.
- Семенов С. О. // Прикладная физика. 2010. № 3. С. 96.
- Голеницкий И. И., Кущевская Т. П., Румянцев С. А. // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-Техника. 2001. Вып. 2 (478). С. 65.
- Petillo John, Eppley Kenneth, Panagos Dimitrios, Blanchard Paul, Nelson Eric, Dionne Norman, DeFord John, Held Ben, Chernyakova Liya, Krueger Warren, Humphries Stanley, McClure Thomas, Mondelli Alfred, Burdette James, Cattelino Mark, True Richard, Nguyen Khanh T., Levush Baruch // IEEE Transactions on plasma science. June 2002. Vol. 30. No. 3.
- Численные методы решения задач электронной оптики. Сборник научных трудов / Под ред. В. П. Ильина. Академия наук СССР Сибирское отделение. Вычислительный центр. Новосибирск 1979. – 146 с.
- Kozevnikov V. Yu., Kozyrev A. V., Semeniuk N. S. Kinetic Modelling of the one-dimensional planar virtual cathode oscillator // 2016, 24th Telecommunications Forum (TELFOR). doi:10.1109/TELFOR.2016.7818844
- Козырев А. Н., Свешников В. М. // Прикладная физика. 2018. № 1. С. 30.
- Алямовский И. В. Электронные пуски и электронные пушки. – М.: Изд-во «Советское радио», 1966.
- Langmuir Irving. The effect of space charge and initial velocities on the potential distribution and thermionic current between parallel plane electrodes // Phys. Rev. April 1923. Vol. 21. No. 4. Р. 419. doi 10.1103/PhysRev.21.419
- Власов А. А. Теория многих частиц. – М.: Изд-во «Государственное издательство технико-теоретической литературы», 1950.
- Vogman Genia, Colella Philip, Shumlak Uri. (2014). High-order continuum kinetic method for modeling plasma dynamics in phase space. AIP Conference Proceed-ings. 2014. Vol. 1639. P. 146–149. doi: 10.1063/1.4904797.
- Кузнецов В. И., Эндер Ф. Я. // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. Вып. 12. С. 1.
- Azooz A. A. An experiment on thermionic emis-sion: back to the good old triode // European Journal of Physics. 2007. Vol. 28. P. 635. doi: 10.1088/0143-0807/28/4/002.
- Цветков И. В. Применение численных методов для моделирования процессов в плазме: учебное пособие МИФИ. Изд-во «Тровант» г. Троицк, 2007.
- Костюшин К. В., Шувариков В. А. Сравнение схем типа «MUSCL» для расчета течений идеального газа в соплах Лаваля // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 54. doi: 10.17223/19988621/54/7
1. https://3ds.com
2. V. D. Zhuravleva and S. O. Semenov, Plasma Physics Reports, No. 3, 97 (2006).
3. S. O. Semenov, Plasma Physics Reports, No. 3, 96 (2010).
4. I. I. Golenitsky, T. P. Kusschevskaya, and C. A. Rumjantsev, Elektronnaya tekhnika (Electronic Engineering). Se-ries 1. SVCH-tekhnika (Microwave Engineering), No. 2 (478), 65 (2001).
5. John Petillo, Kenneth Eppley, Dimitrios Panagos, Paul Blanchard, Eric Nelson, Norman Dionne, John DeFord, Ben Held, Liya Chernyakova, Warren Krueger, Stanley Humphries, Thomas McClure, Alfred Mondelli, James Burdette, Mark Cattelino, Richard True, Khanh T. Nguyen, and Baruch Levush, IEEE Transactions on plasma science 30 (3), (June 2002).
6. Numerical methods for solving problems of electronic optics. Collection of proceedings. Edited by V. P. Ilyina. USSR Academy of Sciences Siberian Branch. Computing Center (Novosibirsk, 1979) [in Russian].
7. Vasily Yu. Kozevnikov, Andrey V. Kozyrev, and Natalia S. Semeniuk. Kinetic Modelling of the one-dimensional planar virtual cathode oscillator / 2016, 24th Telecommunications Forum (TELFOR). doi: 10.1109/TELFOR.2016.7818844
8. A. N. Kozyrev and V. M. Sveshnikov, Plasma Physics Reports, No. 1, 30 (2018).
9. I. V. Alyamovsky, Electron beams and electron guns (Publishing House «Sovetskoye radio». M., 1966).
10. Irving Langmuir, The effect of space charge and initial velocities on the potential distribution and thermionic current between parallel plane electrodes, Phys. Rev. 21 (4), 419 (April 1923). doi 10.1103/PhysRev.21.419
11. A. A. Vlasov, Many-Particle Theory (Publishing house «State publishing house of technical and theoretical literature» M., 1950).
12. Genia Vogman, Philip Colella, and Uri Shumlak, (2014). High-order continuum kinetic method for modeling plasma dynamics in phase space. AIP Conference Proceedings 1639, 146–149 (2014). doi: 10.1063/1.4904797.
13. V. I. Kuznetsov and A. Y. Ender, Technical Physics 58 (12), 1705 (2013).
14. A. A. Azooz, An experiment on thermionic emission: back to the good old triode. European Journal of Physics, 28, 635 (2007). doi: 10.1088/0143-0807/28/4/002.
15. I. V. Tsvetkov, Application of numerical methods for modeling plasma Textbook MEPhI. (Publishing house «Trovant», Troitsk, 2007).
16. K. V. Kostyushin and V. A. Shuvarikov, Comparison of the MUSCL-type schemes for a gas flow calculation in de Laval nozzles. Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics, 2018. № 54. doi: 10.17223/19988621/54/7
Выпуск

ОБЩАЯ ФИЗИКА
Пахомов Е. П., Ярцев И. М. Потенциал отталкивания, изотермическая сжимаемость и эффективный заряд ионов в бинарных ионных кристаллах…5
Ерофеев М. В., Олешко В. И., Тарасенко В. Ф. Излучение Вавилова–Черенкова в кварце, сапфире и MgF2 инициированного пучком электронов с энергией до 400 кэВ…15
Крылов В. И., Егоршин И. Н. Тормозное излучение электронов, рассеивающихся на кулоновом центре, находящемся во внешнем неоднородном электрическом поле…20
Куликова И. В. Построение ВАХ вакуумного диода на основе численного решение уравнения Власова–Пуассона…27
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гавриш С. В. Процессы развития и релаксации плазменного канала в импульсно-периодическом цезий–ртуть–ксеноновом разряде…34
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Шишкин М. И., Никулин Ю. В., Ветринцев М. В., Роках А. Г. Оптоэлектронные свойства пленок InSb при обнаружении плазменного резонанса в длинноволновом инфракрасном диапазоне..39
Мирофянченко Е. В., Мирофянченко А. Е., Попов В. С. Способ утонения обратной стороны матричного модуля InSb (100) и его влияние на кристаллическую структуру приповерхностных слоев…46
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Юшков Ю. Г., Бурачевский Ю. А., Золотухин Д. Б., Окс Е. М., Тюньков А. В., Юшков А. Ю. Параметры и свойства электроизоляционного покрытия окиси алюминия, осажденного на металле форвакуумным источником…53
Жидик Ю. С., Чистоедова А. А., Жидик Е. В., Петрюк А. Е. Структура и свойства тонких пленок оксида индий-олово, полученных методом реактивного магнетронного распыления…59
Мазинов А. С., Тютюник А. С., Гурченко В. С. Изменение спектральных характеристик и проводимости пленок фуллерена в зависимости от типа растворителя…64
Каранский В. В., Смирнов С. В., Климов А. С., Саврук Е. В. Электромагнитные свойства Mn-Zn ферритов, модифицированных низкоэнергетическим электронным пучком…71
Панькин Н. А., Сигачев А. Ф., Назаров А. Д., Мишкин В. П. Исследование диаграмм прессования при формовании смеси порошков титана и меди…78
Малкова И. А., Ильиных Н. И. Некоторые закономерности изменения стандартных энтальпий образования соединений системы AIIIBV…85
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Гибин И. С., Котляр П. Е. Мембраны оптико-акустических приемников излучения…90
Соснин Э. А., Липатов Е. И., Скакун В. С., Буренина А. А., Астафурова Т. П., Сурнина Е. Н. Действие УФ-излучения среднего диапазона XeCl-эксилампы на морфогенез и структуру урожая пшеницы сорта Triticum aestivum L…98
GENERAL PHYSICS
Е. P. Pakhomov and I. M. Yartsev Repulsion potential, isothermal compressibility and effective ion charge in binary ion crystals…5
M. V. Erofeev, V. I. Oleshko, and V. F. Tarasenko Cherenkov radiation in quartz, sapphire and MgF2 under the action of electron beam with energy up to 400 keV…15
V. I. Krylov and I. N. Egorshin Bremsstrahlung of electrons scattered by a Coulomb center located in an external inhomogene-ous electric field…20
I. V. Kulikova Vacuum tube diode CVC computation by numerical solution of the Vlasov–Poisson equation…27
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
S. V. Gavrish Processes of development and relaxation of plasma channel in pulse-periodic cesium–mercury–xenon discharge…34
PHOTOELECTRONICS M. I. Shishkin, Yu. V. Nikulin, M. V. Vetrintsev, and A. G. Rokakh Optoelectronic properties of InSb films manifesting plasma resonance in the long-wave infrared range…39
E. V. Mirofyanchenko, A. E. Mirofyanchenko, and V. S. Popov The influence of back thinning technique of the InSb (100) FPA on its geometric characteristics and crystal structure…46
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Yu. G. Yushkov, Yu. A. Burachevsky, D. B. Zolotukhin, E. M. Oks, A. V. Tyunkov, and A. Yu. Yushkov Parameters and properties of electro-insulating alumina coating deposited on metal by fore-vacuum source…53
Yu. S. Zhidik, A. A. Chistoedova, E. V. Zhidik, and A. E. Petryuk Structure and properties of ITO thin films obtained by reactive magnetron sputtering…59
A. S. Mazinov, A. S. Tyutyunik, and V. S. Gurchenko Changes in the spectral and conducting properties of fullerene films depending on the type of solvent…64
V. V. Karansky, S. V. Smirnov, A. S. Klimov, and E. V. Savruk Electromagnetic properties of Mn-Zn ferrites modified by a low-energy electron beam…71 N. A. Pan’kin, A. F. Sigachev, A. D. Nazarov, and V. P. Mishkin Investigation of pressing diagrams during molding a mixture of titanium and copper powders…78
I. А. Malkova and N. I. Ilinykh Some regularities of changes in the standard enthalpies of formation of compounds of the AIIIBV system…85
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
I. S. Gibin and P. E. Kotlar Membranes of optical-acoustic radiation receivers…90
E. А. Sosnin, E. I. Lipatov, V. S. Skakun, А. А. Burenina, Т. P. Astaphyrova, and Е. N. Surnina Effect of XeCl excilamp UVB radiation on morphogenesis and structure of wheat crop (Triticum aestivum L.)…98
Другие статьи выпуска
Исследованы электромагнитные характеристики двухслойных градиентных структур Mn-Zn ферритов, полученные электронно-лучевой обработкой. Проведен теоретический анализ и экспериментальное исследование полученных структур «немагнитный проводник–феррит», характеризующиеся повышением коэффициента затухания и уменьшением коэффициента отражения электромагнитной волны в 1,3–1,6 раза. Показана возможность получения тонких приповерхностных слоев, обеднен-ных цинком, с повышенной электропроводностью.
В настоящей работе исследовано изменение спектральных характеристик и проводящих свойств тонких пленок фуллерена, осажденных из растворов ароматических и неароматических растворителей. Наглядно показано, что влияние природы растворителя существенно влияет на морфологию поверхности пленки. Прямые спектры видимого диапазона пленочных структур фуллерена С60 продемонстрировали макси-мумы коэффициента поглощения в диапазоне 330–500 нм. Расчёт оптической ширины запрещенной зоны явно демонстрирует возможность модернизации атомарной структуры плёнок посредством использования различных типов растворителей. Вольт-амперные характеристики показали увеличение кинетики заряда при облучении пленок фуллерена, осажденных посредством дихлорметана и тетрахлорметана. Дополнительно проведены исследования влияния частоты переменного тока на про-водящие параметры пленочных структур в диапазоне частот 1–100 кГц.
Исследованы электрофизические характеристики наноразмерных пленок оксида индий-олово (ITO), полученных методом реактивного магнетронного распыления мишени In/Sn в кислородосодержащей среде. Приведены результаты исследования изменения электропроводности пленок ITO в широком интервале температур и частот. Определены значения концентрации основных носителей заряда, их подвижности и положение уровня Ферми. Исследованы оптические свойства пленок в широком диапазоне длин волн.
Представлены результаты исследований, направленные на решение проблемы создания диэлектрических покрытий на поверхности проводников для придания им электроизоляционных свойств. Для создания покрытий применялось электронно-лучевое испарение керамики с помощью форвакуумного плазменного источника электронов. Измерены относительная диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, полное сопротивление осажденного электроизоляционного покрытия.
Проведено сравнение двух способов утонения обратной стороны матричного модуля антимонида индия (100) с применением абразивной и безабразивной шлифовки различными аналитическими методами. Показано, что включение дополнительного этапа механической шлифовки позволяет добиться существенного улучшения геометрии матричного модуля после финишной полировки в сравнении с безабразивной обработкой. Среднеарифметическое значение шероховатости поверхности после проведения всех этапов обработки не превышает допустимых значений. С помощью построения карт обратного пространства оценена степень влияния различных способов обработки на кристаллическую структуру материала.
Работа посвящена изучению теплофизических и радиационных процессов в ходе формирования плазменного канала при прохождении серии импульсов тока импульсно-периодического цезий–ртуть–ксенонового разряда.
Показано влияние на развитие и релаксацию плазменного канала режима вспомогательного разряда, температуры и давления паров металлов. Изучены спектральные характеристики при прохождении каждого из импульсов тока.
Работа посвящена изучению теплофизических и радиационных процессов в ходе формирования плазменного канала при прохождении серии импульсов тока импульсно-периодического цезий–ртуть–ксенонового разряда.
Показано влияние на развитие и релаксацию плазменного канала режима вспомогательного разряда, температуры и давления паров металлов. Изучены спектральные характеристики при прохождении каждого из импульсов тока.
Получены сечения тормозного излучения, отнесенного к элементу частоты излученного фотона, при рассеянии электрона на одном кулоновом центре, находящемся в стационарном электрическом поле. В найденных сечениях учтено влияние суперпозиции движения излучающих частиц в кулоновом и внешнем электрическом полях. Показано что при определенных условиях появление внешнего электрического поля мо-жет приводить к заметному изменению зависимости сечения от частоты по сравнению со случаем сечения тормозного излучения, вызванного рассеянием электро-на на изолированном кулоновом центре.
Проведены исследования свечения кварца, сапфира и кристаллов MgF2 под воздействием пучка электронов с энергией до 400 кэВ. Во всех образцах зарегистрированы полосы излучения, интенсивность которых в ультрафиолетовой (УФ) области спектра при отсутствии поглощения увеличивается с уменьшением длины волны, а форма импульса излучения в области 200–400 нм соответствует форме импульса тока пучка. Данные полосы были отнесены к излучению Вавилова–Черенкова (ИВЧ). Установлено, что в сапфире и кристаллах MgF2 во время облучения пучком электронов возникает наведённое поглощение, которое существенно влияет на спектр излучения.
С использованием ионной модели химической связи и известных равновесных межъядерных расстояний в кристаллах и в соответствующих им молекулах определены параметры потенциала «некулоновского» (борновского) отталкивания ионов для 128 кристаллов с решеткой типа NaCl. Эти параметры используются для получения новых данных об эффективных зарядах ионов в кристаллах и о сжимаемости кристаллов.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 год.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400