Дуговой разряд с накалённым катодом — несамостоятельный дуговой разряд, в котором основным источником электронов является термоэлектронная эмиссия, для чего катод искусственно разогревается от вспомогательного устройства. Электроны, испускаемые накалённым катодом, способствуют возникновению и горению разряда.[1] Почти все напряжение между его электродами приходится на область вблизи анода, а остальное пространство камеры заполняется однородной светящейся плазмой, имеющей почти потенциал анода. Дуговой разряд данного типа позволяет получать однородную газоразрядную плазму с высокой плотностью в объемах до нескольких кубических метров. Заметим, что данный разряд является источником неравновесной плазмы, то есть температура электронов составляет десятки тысяч градусов в то время как температура ионов и нейтральных атомов остается комнатной.
Испущенные накаленным катодом электроны вылетают из тонкого катодного слоя с почти одинаковыми скоростями и ионизуют газ, образуя плазму, которая заполняет остальной объем. Ионизации осуществляется прямыми и ступенчатыми ударами. Плазма взаимодействует с катодным слоем таким образом, что в слой из плазмы поступает столько ионов, сколько необходимо для поддержания стационарного режима разряда.
На катоде любой дуги происходят типичные для неё процессы, обеспечивающие большой разрядный ток. В дуге с накаленным катодом таким наиболее важным процессом является рассеивание положительными ионами отрицательного объемного заряда, порождаемого вблизи катода термоэлектронами.
В приборах, использующих дуговой разряд, линейные размеры электродов, разрядного промежутка и сосуда выбираются обычно одного порядка, благодаря чему не развивается положительный столб. Поэтому целесообразно принять, что дуга построена из двух взаимодействующих между собой простейших форм разряда: тонких слоев, покрывающих стенки трубки и электроды, и плазмы, заполняющей остальной объем разряда.
В слое, покрывающем электрод, возникает сильное электрическое поле, вызванное действием нескомпенсированных объемных зарядов, которые экранируют возмущение, вносимое в плазму электродом. Это возмущение не простирается дальше толщины слоя катодного слоя Распределение потенциала φ и поля E в слое рассчитывается по уравнению Пуассона: