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Resumo Uma descarga de arco de vácuo com um cátodo de metal-deutreto pode gerar um jato de íons de deutério supersônico, que encontra aplicações importantes em fontes de íons de arco de vácuo. Neste estudo, um modelo de simulação direta de Monte Carlo com partículas esféricas 1D3V em um ponto de cátodo com cátodo de titânio-deutreto é desenvolvido para investigar a ionização e aceleração dos íons de deutério desde a ruptura do vácuo até a fase de arco estável. Os efeitos da concentração de deutração do cátodo sobre a fração de íons de deutério e a energia cinética também são analisados. Os resultados mostram que os átomos de deutério liberados começam a ser ionizados a cerca de dezenas de nanômetros do cátodo e, em seguida, tornam-se totalmente ionizados a aproximadamente 0,4 μm à medida que a queda de potencial do cátodo aumenta gradualmente. A proporção de íons de deutério no plasma é ligeiramente superior à proporção de átomos de deutério no material do cátodo. A separação de velocidade dos íons de deutério e titânio ocorre devido à aceleração do campo elétrico durante a fase de ruptura do vácuo; no entanto, as colisões de Coulomb entre íons predominantes eliminam essa separação na fase de arco estável. Mudar a concentração de átomos de deutério no cátodo sob uma tensão de arco constante produz uma densidade de corrente aproximadamente igual e aumenta as velocidades de todas as espécies de íons. Uma maior energia cinética dos íons é obtida pela redução da dissipação de calor ôhmico, facilitada pela menor resistividade do plasma sob a maior densidade de íons de deutério.
Song et al. (Qui,) estudaram esta questão.