Утворення та екстракція іонів H– з розряду пеннінга в LMF та HMF режимах
Анотація
Використання металгідридних катодів у розрядах Пеннінга пропонує перспективний підхід до ефективного утворення негативних іонів водню в умовах низького та наднизького тиску. У цій роботі ми підсумовуємо та розширюємо наші експериментальні дослідження впливу металогідридних елементів на характеристики розряду Пеннінга з аксіальною екстракцією негативних іонів. При низькому залишковому тиску введення металгідридних катодів дозволяє генерувати плазму виключно з водню, що виділяється матеріалом катода, без будь-якого зовнішнього напуску газу. Ця особливість відкриває шлях до розробки компактних джерел іонів без подачі газу, а також до ефективного використання газу. Показано, що механізм екстракції негативних іонів значною мірою залежить від режиму роботи розряду Пеннінга, який визначається напруженістю магнітного поля. У режимі низького магнітного поля розширення анодного шару до осі розряду та пов’язаний із ним негативний об’ємний заряд пригнічують ефективну екстракцію, обмежуючи її переважно параксіальними іонами та тими, що утворюються поблизу отвору екстракції. Навпаки, в режимі високого магнітного поля анодний шар стає тонким, а центральна область плазми практично вільна від поля, що дозволяє екстрагувати негативні іони з усього поперечного перерізу розряду. Крім того, досліджується вплив збільшення діаметра анода. Збільшення діаметра анода збільшує об'єм плазми, що оточує катоди з гідридів металу, що призводить до покращення однорідності плазми, більш однорідного нагрівання катода та більш рівномірного виділення водню. Ці ефекти покращують умови для утворення негативних іонів та призводять до вищого струму вилучення. Результати демонструють доцільність та переваги джерел іонів Пеннінга на основі гідридів металу для ефективної генерації негативних іонів за низького тиску.
Завантаження
Посилання
R.S. Hemsworth, D. Boilson, P. Blatchford, M. Dalla Palma, G. Chitarin, H.P.L. de Esch et al., New J. Phys. 19, 025005 (2017). https://doi.org/10.1088/1367-2630/19/2/025005
M. Bacal, editor, Physics and Applications of Hydrogen Negative Ion Sources, Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics, (Springer, Cham, 2023). https://doi.org/10.1007/978-3-031-21476-9
V. Dudnikov, Development and Applications of Negative Ion Sources, 2nd ed., Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics, (Springer, Cham, 2023). https://doi.org/10.1007/978-3-031-28408-3
M.P. Stockli, B. Han, S.N. Murray, T.R. Pennisi, M. Santana, and R.F. Welton, Rev. Sci. Instrum. 81, 02A729 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3325085
M. Bacal, K. Maeshiro, S. Masaki, and M. Wada, Plasma Sources Sci. Technol. 30, 075014 (2021). https://doi.org/10.1088/1361-6595/abfbc8
H. Kawano, Prog. Surf. Sci. 97, 100583 (2022). https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2022.100583
R. Friedl, S. Cristofaro, and U. Fantz, AIP Conf. Proc. 2011, 050009 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5053307
G. Sandrock, in: Hydrogen Energy System: Production and Utilization of Hydrogen and Future Aspects, edited by Y. Yürüm, NATO Science Series E, Vol. 295 (Kluwer Academic, Norwell, MA, 1995), pp. 135–166. https://doi.org/10.1007/978-94-011-0111-0
I. Sereda, Y. Hrechko, M. Azarenkov, and K. Sereda, Int. J. Hydrogen Energy, 109, 1321 (2025). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.02.222
W. Schuurman, Physica, 36, 136–160 (1967). https://doi.org/10.1016/0031-8914(67)90086-9
I. Sereda, A. Tseluyko, N. Azarenkov, D. Ryabchikov, and Y. Hrechko, Int. J. Hydrogen Energy, 42, 21866 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.129
Авторське право (c) 2026 Ігор Середа, Ярослав Гречко, Костянтин Середа, Олег Воробйов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
