В работе представлена апробация численного метода решения уравнений Власова-Пуассона на примере построения ВАХ плоского вакуумного диода с тепловым разбросом носителей заряда по скоростям.
В инженерной практике проектирования электронных пушек для импульсных электровакуумных приборов СВЧ необходимо с высокой точностью определять напряжение запирания. Используемая в оптимизационных расчётах модель эмиттера, основана на представлении эмиссионной поверхности множеством плоских диодов с бесконечной эмиссионной способностью. Каждый плоский диод описывается законом степени 3/2, что приводит к завышению значения напряжения запирания пушки, поскольку не учитывается тепловой разброс электронов по скоростям.
Использование кинетического уравнения для моделирования транспорта носителей заряда в прикатодной области электронной пушки повышает точность определения формы потенциального барьера, обусловленного пространственным зарядом электронного потока в широком диапазоне приложенных напряжений. В отличие от стационарного метода крупных частиц, используемого в оптимизационных расчётах электронных пушек, кинетическое уравнение позволяет моделировать процесс отражения электронов от потенциального барьера и не требует применения интерполяции для расчета плотностей тока и заряда.
Уравнения Власова-Пуассона было решено методом контрольных объёмов.
In this paper we explore current-voltage characteristic of the vacuum tube diode by numerical simulation Vlasov–Poisson equation, taking into account the thermal distribution of electron speeds.
Vlasov equation is good describing time evolution of the distribution function of electron gas with long-range interaction in vacuum tube. So we can describe motion of electrons reflected by space charge potential barrier, unlike steady-state particle-in-cell methods used in engineering practice.
When designing electron guns for pulse vacuum electron devices we need to predict their cut-off voltages with high accuracy. Emitter model used in optimization calculations is based on representation of the emission surface by set of flat diodes with infinite emissivity confined by space charge. These diodes are described by Child–Langmuir law, which overstates cut-off voltages. It happens because of thermal distribution of electron speeds is neglected.
Vlasov–Poisson equations used for electron transport simulation increase computation accuracy of the potential barrier shape in broad anode voltage range.
