Динамика и локализация вакуумно-дугового разряда в коаксиальном плазменном ускорителе в неоднородном магнитном поле с радиальной структурой

Одним из известных устройств, предназначенных для использования и исследований сильноточных электрических разрядов, является электродинамический плазменный ускоритель или плазменная пушка с коаксиальной или рельсотронной системой электродов. В недавних публикациях электрический разряд в таком устройстве предлагается использовать для очистки загрязненных поверхностей и внутренних поверхностей труб перед нанесением плазмоконденсатных покрытий. В движущейся под действием магнитного поля зоне дугового разряда имеют место эрозия и абляция, таким образом, обработка материала электродов. В этой связи возник ряд проблем с управлением зоной разряда в коаксиальном устройстве, перекликающихся с возобновившимся интересом к проблемам вакуумной дуги - динамике ансамбля катодных пятен и их ретроградному движению в магнитном поле.

Цель данной работы - исследование динамики вакуумно-дугового разряда, движущегося вдоль коаксиальной системы электродов под действием собственного и внешнего магнитных полей. Структура внешнего магнитного поля представляла собой последовательность перпендикулярных оси системы слоев сильного и слабого полей. При разрядном токе до нескольких килоампер, выбранного первоначально для решения технической задачи - эрозии внутренней поверхности трубчатого изделия-электрода, обнаружилось интересное физическое явление локализации разряда.

Для управления вакуумной дугой применяются структурированные магнитные поля внешних источников - токонесущих шин, постоянных магнитов, соленоидов, индукционных токов в массивных проводниках. Принцип управления основан на закономерностях движения катодных пятен в конфигурациях магнитного поля с арочной структурой. Для ферромагнитных катодов и при молом межэлектродном расстоянии арочный принцип управления дугой неэффективен, поскольку из-за граничных условий на ферромагнетике магнитные силовые линии ортогональны его поверхности, а на перемещение катодного пятна влияет именно локальная структура поля вблизи поверхности электрода. Если дуга горит на внутренней поверхности ферромагнитной трубы, экранирующей внешние магнитные воздействия, источник поля может располагаться только во внутренней полости.