Electron and ion instabilities in diodes

Summary

In this paper criteria for the stability of a collisionless plane diode containing an uniform density of infinitely heavy ions in the interelectrode space are obtained. All electrons are assumed to be emitted from the cathode of the diode with a single velocity and every emitted electron is finally absorbed at the collector surface. Thus although the theory applies only in the case where there are no reflected currents, it does take account of potential inhomogeneities induced by space charge. The stability criterion is obtained in the form of an exponential polynomial. We have studied this polynomial in detail for the case of a diode without a neutralizing positive ion background, thereby extracting from the theory a very simple stability criterion. The result has been applied, to the case of a diode operating at short circuit. In the final part of the paper we study ion instabilities. In this case we have been able to obtain directly useful results only for the case of a diode in which the space charge is completely neutralized.

Riassunto

In questo lavoro vengono ottenuti oriteri di stabilità per un diodo piano contenente una densità uniforme di ioni infinitamente pssanti nello spazio interelettrodico. Si assume che gli elettroni sono emessi dal catodo ad una sola velocità e ciascuno elettrone emesso è inflne assorbito alla superficie del eollettore. Cosi, anche se la teoria si applica solo nel caso di aasenza di correnti riflesse, easa porta però in conto le inomogeneità del poteaziale dovute alla carioa spaziale. Il criterio di stabilità è ottemito sotto forma di un polinomio esponenziale. Noi abbiamo studiato questo polinomio in dettaglio per il caso di un diodo senza densità ionica, estraendo cosi dalla teoria un critario di stabilità molto semplice. Il risultato è stato applicato al caso di un diodo operante in corto circuito. Nella parte finale del lavoro vengono studiate le instabilità ioniche. In questo caso si possono ottenere direttamente risultati utili solo per il caso di un diodo in oui la carica spaziale è completamente neutralizzata.