ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИСТОЧНИКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ПЛАЗМЕННЫМ ЭМИТТЕРОМ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-139-1-109-114Ключевые слова:
плазменный источник, пучок заряженных частиц, ионный пучок, электронный пучок, генерация плазмы, экстракция частиц, уравнение ионизации, закон Чайлда – Ленгмюра, уравнение Пуассона, пространственный зарядАннотация
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.
Библиографические ссылки
Райзер, Ю. П. Физика газового разряда / Ю. П. Райзер. – М. : Наука, 1992. – 536 с.
Браун, Я. Физика и технология источников ионов : коллективная монография / Я. Браун, Р. Келлер, А. Холмс [и др.] ; под ред. Я. Брауна ; пер. с англ. под ред. Е. С. Машковой. – М. : Мир, 1998. – 496 с.
Окс, Е. М. Основы физики низкотемпературной плазмы : методическое пособие / Е. М. Окс ; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. – Томск : ТУСУР, 1997. – 87 с.
Окс, Е. М. Источники электронов с плазменным эмиттером : коллективная монография / Е. М. Окс, В. А. Груздев, Ю. Е. Крейндель [и др.] ; под ред. Ю. Е. Крейнделя. – Новосибирск : Наука, Сибирское отделение, 1983. – 180 с.
Чен, Ф. Введение в физику плазмы / Ф. Чен ; пер. с англ. под ред. В. Д. Шафранова. – М. : Мир, 1987. – 400 с.
Bruining, H. Physics and Applications of Secondary Electron Emission / H. Bruining. – London : Pergamon Press ; New York : McGraw-Hill, 1954. – 178 p.
Lieberman, M. A. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing / M. A. Lieberman, A. J. Lichtenberg. – 2nd ed. –Hoboken : John Wiley & Sons, 2005. – 757 p.
Достанко, А. П. Технологические процессы и системы в микроэлектронике: плазменные, электронно-ионно-лучевые, ультразвуковые / А. П. Достанко, В. Г. Залесский, А. М. Русецкий [и др.] ; под ред. А. П. Достанко ; Белорус. гос. ун-т информатики и радиоэлектроники. – Минск : Бестпринт, 2009. – 199 с.
Удовиченко, С. Ю. Пучково-плазменные технологии для создания материалов и устройств микро- и наноэлектроники : учебное пособие / С. Ю. Удовиченко ; Тюменский государственный университет, Физико-технический институт. – Тюмень : ТюмГУ, 2016. – 228 с.
Источники электронов с плазменным эмиттером на основе отражательного разряда с полым катодом / В. Л. Галанский, В. А. Груздев, И. В. Осипов, Н. Г. Ремпе // Изв. вузов. Физика. – 1992. – Т. 35, № 5. – С. 5–23.
Лебедев, А. Н. Физика ускорителей заряженных частиц / А. Н. Лебедев, А. В. Шальнов. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 528 с.
Ландау, Л. Д. Курс теоретической физики / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – 8-е изд., испр. – М. : Физматлит, 2001. – Т. 2 : Теория поля. – 536 с.
Власов, А. А. О вибрационных свойствах электронного газа / А. А. Власов // Успехи физических наук. – 1967. – Т. 93, № 11. – С. 444–470.
Власов, А. А. Статистические функции распределения / А. А. Власов. – М. : Наука, 1966. – 356 c.
Александров, А. Ф. Основы электродинамики плазмы / А. Ф. Александров, Л. С. Богданкевич, А. А. Рухадзе ; под ред. А. А. Рухадзе. – М. : Высшая школа, 1978. – 408 с.
Молоковский, С. И. Интенсивные электронные и ионные пучки / С. И. Молоковский, А. Д. Сушков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 304 с.
Арцимович, Л. А. Физика плазмы для физиков / Л. А. Арцимович, Р. З. Сагдеев. – М. : Атомиздат, 1979. – 320 с.
Алексеев, C. Н. Электровакуумные приборы : учебное пособие / С. Н. Алексеев.– Ульяновск : УлГТУ, 2003. – 158 с.
Humphries, S. Charged Particle Beams / S. Humphries. – New York : Wiley, 1990. – 856 p.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
