The interaction between the beam and its self-produced plasma has been studied using the one dimensional particle-in-cell (PIC) code in bounded and open systems. 1KeV electron beam is injected into the neutral gas mixed with a negligible amount of plasma. Wide range of the neutral gas density is covered in this study.
In the bounded system, the stagnation region forms initially near the emitter. The secondary electrons generated beyond the stagnation region are accelerated toward the right boundary (collector) and ionize the neutral gas, so that the stagnation region rapidly expands. The beam-plasma instability sets in when the stagnation point reaches the right boundary, and a cascade-like ionization (by the heated electrons) is observed thereafter.
However, instabilities are not observed in the open system. Both the beam electrons and the secondary electrons are attracted to the emitter, and the stagnation region formed near the emitter does not expand. The electrostatic energy saturates in the high pressure regime, as predicted by the classical energy deposition theory. Linear dependence of the saturation level on the mean free path is observed.
전자빔과 그것에 의해 생성된 플라즈마 사이의 상호작용이 1차원 입자시뮬레이션을 통해 닫힌 계와 열린 계에서 연구되었다. 1KeV 의 에너지를 갖는 전자빔이 무시할 수 있을 정도의 플라즈마를 포함하는 중성 기체로 투사된다. 기체밀도를 넓은 범위에서 고려하였다.
닫힌 계에서, 초기에는 stagnation 영역이 emitter 근방에서 형성된다. stagnation 영역밖에서 생성된 전자가 오른쪽의 collector를 향해 가속되면서 중성가스를 이온화시킬때 stagnation 영역이 빠르게 팽창한다. stagnation point가 오른쪽 경계에 도달할 때 beam-plasma instability가 나타나고 그때부터 갑작스런 이온화가 관측된다.
그러나, 열린 계에서는 instability가 나타나지 않는다. 빔전자 와 2차전자 모두 emitter에 끌려오고 emitter 근방에서 형성된 stagnation 영역은 빠르게 팽창하지 않는다. 높은 기체압력하 에서는 정전기 에너지가 고전적인 energy deposition 이론에서 예견된 것처럼 saturation 된다. saturation level이 mean free path에 선형적으로 의존함이 관측되었다.
