Abstract
A model describing formation and evolution of the anode plasma in the accelerating gap of an applied-B ion diode is developed. Ionization processes in the gap and hydrogen release from a Ti-Pd film are included. The developed model was used to analyze the quasineutral layer containing a self-consistent electric field and the pre-anode electrostatic sheath from which the ion beam is extracted. Electron diffusion from the cathode is assumed to be anomalous resulting in homogeneous electron density over the main volume of the gap. Scenario calculations have been carried out for diode voltages rising from zero up to several million volts and operation times of several tenths of nanoseconds. For the analysis an analytical and a 2 dim numerical model are used. Regimes are found with complete exhaustion of the quasineutral layer followed within a few nanoseconds by diode current interruption.
Das Anodenplasma in einer fremdmagnetisch isolierten Ionendiode
Zusammenfassung
Ein Modell zur Beschreibung von Aufbau und zeitlicher Entwicklung des Anodenplasmas im Beschleunigungsspalt einer fremdmagnetisch isolierten Ionendiode wurde entwickelt. Wasserstofffreisetzung aus einem Ti-Pd Film und Ionisationsprozesse im Spalt werden in Modell berücksichtigt. Das Modell wird zur Analyse der quasineutralen Zone mit ihrem selbstkonsistenten elektrischen Feld und der Preanodenschicht mit elektrischem Potential von welcher der Ionenstrahl extrahiert wird, verwendet. Die Elektronendiffusion von der Kathode wird als turbulent angenommen. Damit stellt sich eine konstante Elektronendichte im Spalt ein. Die Untersuchungen wurden für verschiedene zeitabhängige Diodenspannungen mit Maximalspannung bis zu mehreren Megavolts und für Zeiten bis zu 100 ns durchgeführt. Für die Rechnungen wurden ein analytisches und ein 2 dim numerisches Modell verwendet. Im Verlauf des Diodenbetriebes kommt es zum vollständigen Abbau des Plasmas in der quasineutralen Zone und als Folge davon zum Zusammenbruch des Diodenstromes innerhalb weniger Nanosekunden.