ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИСТОЧНИКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ПЛАЗМЕННЫМ ЭМИТТЕРОМ - Антонович, Дмитрий Анатольевич; Сковородко, Марина Александровна; Шидловская, Диана Владимировна (Вестник Брестского государственного технического университета, 2026)
В представленной статье проводится анализ основных соотношений, определяющих базовые процессы, сопровождающие генерацию пучков заряженных частиц (электронов и ионов) в источниках с плазменным эмиттером. Рассматриваются три основных этапа функционирования источника: генерация плазмы, экстракция частиц и транспортировка пучка. Для ионных пучков детально разбирается уравнение ионизации, связывающее скорость генерации ионов с коэффициентом ионизации, зависящим от температуры электронов, и коэффициентом потерь, определяемым диффузией и экстракцией. Показана связь между балансом ионов в плазме и током пучка через скорость Бома. Описан процесс формирования плазменной границы, её характеристик и ограничение тока извлечения законом Чайлда – Ленгмюра для ионов. При рассмотрении электронных пучков особое внимание уделено области извлечения, где ключевую роль играет уравнение Пуассона для учета пространственного заряда, уравнение Лоренца или Власова для описания движения частиц и закон Чайлда – Ленгмюра в случае электронов. Указаны отличия в постановке задачи по сравнению с ионными пучками. Делается вывод, что корректная модель требует совместного решения уравнений всех трёх этапов, что позволяет оптимизировать конструкцию источника, рассчитать параметры плазмы под заданный ток и предсказать итоговые характеристики пучка. Представленный подход послужил основой для создания программных инструментов визуализации и анализа, что повышает практическую применимость результатов для расчёта и проектирования плазменных источников заряженных частиц. Приведённые в статье математические модели пригодны для расчёта концентрации ионов, вольт-амперных характеристик и угла расходимости пучка.