Investigation of the behaviours of cathode spot current density on plasma parameters in low-current vacuum arc

• Autorzy: Chanjira Puchong , Jaikhang Wipobh

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.09.39

Warianty tytułu

PL

Badanie zachowań gęstości prądu punktowego katody na parametry plazmy w łuku próżniowym o niskim natężeniu prądu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order to investigate current density affecting plasma parameters, the cathode spot model is performed. The cathode spot model assumes that the collisionless ion sheath and the singly ionized collisional plasmas are directly connected. It was found that current density increases with decreasing arc current. The dependent variables, cathode temperature, electron current fraction, plasma temperature, sheath voltage, plasma density and cathode electric field increased in accordance with the increase in current. Alternatively, the cathode spot radius is inversely dependent on current density. These plasma parameters are related to T-F emission and thermionic emission process. This cathode spot model of the present analysis which is used to investigate the cathode spot parameter in low-current vacuum arc may be valid for volatile materials.

PL

W celu zbadania wpływu gęstości prądu na parametry plazmy wykonano model plamki katodowej. Model plamki katodowej zakłada, że bezkolizyjna powłoka jonowa i pojedynczo zjonizowana plazma kolizyjna są bezpośrednio połączone. Stwierdzono, że gęstość prądu wzrasta wraz ze spadkiem prądu łuku. Zmienne zależne, temperatura katody, udział prądu elektronowego, temperatura plazmy, napięcie powłoki, gęstość plazmy i pole elektryczne katody rosły zgodnie ze wzrostem prądu. Alternatywnie promień plamki katody jest odwrotnie zależny od gęstości prądu. Te parametry plazmy są związane z emisją T-F i procesem emisji termojonowej. Ten model plamki katodowej z niniejszej analizy, który jest stosowany do badania parametru plamki katodowej w niskoprądowym łuku próżniowym, może mieć zastosowanie w przypadku materiałów lotnych.

Słowa kluczowe

EN

current density; plasma parameters; cathode spot model; copper cathode

PL

gęstość prądu; parametry plazmy; model plamki katodowej; katoda miedziana

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 9
• Strony: 202--205
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Chanjira Puchong

• Srinakharinwirot University,10110, Bangkok,Thailand

• https://orcid.org/0000-0002-4842-3876

autor

Jaikhang Wipobh

• Srinakharinwirot University,10110, Bangkok,Thailand

• https://orcid.org/0000-0001-9785-1917

Bibliografia

• [1] Kowalski J., Jak pisać tekst do Przeglądu, Przegląd Elektrotechniczny, 78 (2002), nr 5, 125-128
• [2] I.I.Beils,1996, “Current continuity and instability of the mercury vacuum arc cathode spot”, IEEE,Trans.On Plasma Sci.,24, 4, pp.1259-1270.
• [3] [1] G. Eker, “Theoretical aspects of the vacuum arc,” in Vacuum Arcs: Theory and Application, J.M. Lafferty, Ed. New York : Jhon Wiley and Sons, 1980, p. 265-268
• [5] I.I.Beilis：“Analysis of the cathode spot in a vacuum arc”, Sov.Phys., vol 19,No. 2, 1974, p.251-257
• [6] H.S.Carslow and J.C.Jaeger, Conduction of Heat in solids. New York: Oxford, 1959, p.214-217
• [7] S. Suzuki, T.Okumi and O.Morimiya, Measurement of Instability initiation current in vacuumarc,” Japanese J. App Phy, vol 27, No 1, 1988, p. 157-158
• [8] Handbook of Vacuum Arc Science and Technology; Boxman, R.L.; Martin, P.J.; Sander, D.M. (Eds.) Noyes Publisher: Park Ridge, NJ, USA, 1995.
• [9] Zhang, X.; Wang, L.; Jia, S.; Shmelev, D.L. Modeling of Cathode Spot Crater Formation and Development in Vacuum Arc. J. Phys. D Appl. Phys. 2017, 50, 455203
• [10] Daalder, J.E. Energy dissipation in the cathode of a vacuum arc. J. Phys. D Appl. Phys. 1977, 10, 2225–2254.
• [11] Daalder, J.E. A cathode spot model and its energy balance for metal vapor arcs. J. Phys. D Appl. Phys. 1978, 11, 1667–1682.
• [12] Wang, L.; Zhang, X.; Li, J.; Luo, M.; Jia, S. Study of cathode spot crater and droplet formation in a vacuum arc. J. Phys. D Appl.Phys. 2021, 54, 215202
• [13] Seasaesui, A., Arunrungrusmi, S., Poonthong, W., Mungkung, N., Thungsuk, N.*, Kinoshita, H., Yuji, T. (2022) “Numerical and Experimental Investigation of the Thermal Conductivity Affecting on Current Chopping and Transient Recovery Voltage in Low Current Vacuum Arc for Ag-Pd Compound Cathode using Cathode Spot Model” Journal International Review of Electrical Engineering, Volume 17
• [14] N. Kamata, N. Mungkung, H. Kinoshita, T. Yuji, Analysis of Instability Phenomena at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared with Silver or Copper Electrode, IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 47, March 2019, pp. 1774-1780.
• [15] Isak I. Beilis, "Arc Spot on Film Cathode Using Kinetic Approach of Plasma Flow", IEEE Transactions on Plasma Science, vol.50, no.9, pp. 2714 - 2719, 2022.
• [16] Isak I. Beilis, “Plasma and Spot Phenomena in Electrical Arcs”, Springer Cham Switzerland, 978-3-030-44746-5, (2020)

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).