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Electron collection and thermionic emission from a spherical dust grain in the space-charge limited regime

Autricque, Adrien und Khrapak, Sergey und Couedel, L. und Fedorczak, N. und Arnas, Cecile und Layet, Jean-Marc und Grisolia, C. (2018) Electron collection and thermionic emission from a spherical dust grain in the space-charge limited regime. Physics of Plasmas, 25, 063701. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/1.5032153. ISSN 1070-664X.

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Kurzfassung

The collection and emission of electrons from a spherical body in the Space-Charge Limited (SCL) regime are investigated. When a Virtual Cathode (VC) in the potential profile around the body is present, the barrier in the effective potential energy of electrons is assumed to be located near the position of the minimum of the VC potential, for both collected and emitted electrons. This assumption is confirmed to be reasonable in the case of a double Yukawa potential profile and allows the SCL cross-section for electron collection and the emitted electron’s trapped-passing boundary to be written in a simple way. An expression for the collection current for Maxwellian electrons is derived and is shown to recover the classical Orbital Motion Limited (OML) theory when the VC vanishes. Using the same assumptions, an expression for the thermionic emission current in the SCL regime is also obtained and comparisons with the OML+ theory are made. Finally, an expression for the dust electric charge in the SCL regime is derived and shown to give drastically different results when compared to the commonly used formula (obtained from a Yukawa potential profile). Consequences in the framework of dust in tokamak plasmas are discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/120411/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Electron collection and thermionic emission from a spherical dust grain in the space-charge limited regime
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Autricque, AdrienCEA, IRFM, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Khrapak, SergeyDLR, Sergey.Khrapak (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Couedel, L.CNRS, Aix-Marseille UniversiteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fedorczak, N.CEA, IRFM, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Arnas, CecileCNRS, Aix-Marseille UniversiteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Layet, Jean-MarcCNRS, Aix-Marseille UniversiteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grisolia, C.CEA, IRFM, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Juni 2018
Erschienen in:Physics of Plasmas
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:25
DOI:10.1063/1.5032153
Seitenbereich:063701
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:1070-664X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:complex (dusty) plasma, plasma-particle interactions, particle charging, electron collection and emission
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Komplexe Plasmen / Theorie, Simulation (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum > Gruppe Komplexe Plasmen
Hinterlegt von: Khrapak, Sergey
Hinterlegt am:27 Jun 2018 13:19
Letzte Änderung:18 Dez 2019 04:20

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