Генерирование ионов изотопов водорода в вакуумном дуговом разряде с композиционным катодом из дейтерида циркония

Проведены экспериментальное и теоретическое исследования масс-зарядового состава плазмы вакуумной дуги с массивными и пленочными циркониевыми катодами, содержащими дейтерий и водород. В случае массивного катода показано, что такая система обеспечивает эффективную генерацию ионов дейтерия, интегральная доля которых за импульс тока дуги составляет приблизительно 60% и его содержание максимально в начальной стадии горения дуги. В случае пленочного катода такое содержание изотопов водорода может быть достигнуто при токах более 400 A и длительностях горения дуги на уровне нескольких десятков микросекунд. Окклюдирование дейтерия в катоде приводит к дополнительным затратам энергии на его ионизацию и, как следствие, уменьшению среднего заряда ионов материала катода в дуговой плазме. Дейтерий в катодном пятне полностью ионизуется, а дрейфовая скорость движения его ионов практически совпадает со скоростью ионов катодного материала из-за высокой частоты ион-ионных столкновений в прикатодной области. Взаимодействие плотной ($\sim$ 10$^{20}$ cm$^{-3}$) плазмы катодного пятна с микронеоднородностями поверхности катода приводит к развитию в них тепловой неустойчивости за времена, не превышающие десятков наносекунд.