Development of nanosecond discharges in atmospheric pressure air: two competing mechanisms of precursor electrons production

Abstract

In this paper, we present the results from the computational study of the two competing mechanisms of precursor electrons production—conventional photoionization and preionization by fast electrons from the cathode. To discriminate between the two mechanisms we simulate a negative streamer evolution under conditions when photoionization is zero/non-zero and/or fast electrons are present/absent. In the absence of all factors producing the precursor electrons the streamer eventually stalls. We show that the effect of fast electrons on streamer evolution is similar to that of the photoionization but it is more stochastic by nature. The domination of one or another of the mechanisms considered depends on the pulse duration and voltage amplitude (other conditions being equal).

Длительность Пучка Убегающих Электронов При Субнаносекундном Фронте Импульса Напряжения

“…Стримеры в этом случае движутся параллельно и перекрывают промежуток примерно в одно время. Средняя скорость стримера (волны ионизации) увеличивается с ростом напряжения на промежутке при постоянном давлении воздуха и других газов [21]. Скорость стримера достигает наибольших значений вблизи электродов [38].…”

“…Изучаются как параметры тока ПУЭ в различных условиях, так и механизм генерации УЭ. Исследования также проводятся посредством моделирования разрядов с УЭ, см., например, [9][10][11]15,[20][21][22].…”

Duration of runaway electron current pulses when applying voltage pulses with a subnanosecond rise time

“…Both the current parameters of the REB under various conditions and the mechanism of generation of RE are studied. Studies are also carried out by modeling discharges with RE, see, for example, [9][10][11]15,[20][21][22].…”

Формирование Двух Импульсов Тока Пучка Убегающих Электронов

“…В воздухе атмосферного давления пучки убегающих электронов за тонкой анодной фольгой фиксировались шунтом или коллектором в четырех научных группах [7,9,10,14]. Теоретические модели, см., например, [15][16][17][18][19][20][21], объясняют ряд важных тенденций при генерации пучков электронов. Однако полученные параметры и реализованные режимы генерации пучков убегающих электронов в различных экспериментальных работах [7,9,10,14] существенно отличаются.…”

“…Предлагаются различные механизмы генерации убегающих электронов. Например, за счет " пространственного заряда ионов" [22], " эффекта поляризационного самоускорения электронов" [23], нагрева газа в микроканалах, который " обеспечивает рост отношения напряженности электрического поля к концентрации газа в микроканалах до значений, достаточных для генерации в них пучков высокоэнергетичных электронов и тормозного рентгеновского излучения" [24], и другие [7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21].…”