平面、圆柱与球面几何中帕邢曲线的广义汤森理论
等离子体物理
2022-12-14 v1 地球与行星天体物理
大气与海洋物理
摘要
本工作中，我们关注两电极间在高电势差下产生的等离子体放电，其导致中性粒子电离并维持气态介质中的电流。在低电流与低温下，该过程可产生发光发射：即所谓的辉光放电与电晕放电。汤森（1900）理论所用的平行板几何让我们得以发展一种理论形式体系，其对临界电压具有显式解，有效复现了实验帕邢曲线。然而，大多数放电过程发生于非平行板几何中，例如多相流中颗粒或冰粒间的放电。此处，我们提出将经典平行板构型推广至地球、火星、土卫六和金星大气中的同心球与同轴圆柱几何。在球形情形下，小半径有效代表尖头棒，而厘米量级较大半径代表圆钝头。类似地，在柱形情形下，小半径对应于细导线。我们求解间隙中的连续性方程，并估计允许中性气体电离及辉光放电形成的临界半径与最小击穿电压。我们表明，在火星低压、富 大气中比在地球高压大气中更易形成辉光电晕。此外，我们给出土卫六与金星的击穿判据。我们进一步证明，所研究的三种几何的临界电压极小值均出现在 0.5 cmTorr，表明在尘埃云与水云中毫米尺度颗粒周围更易引发，并可轻易推广至考察具惯性粒子的其他多相流。
引用
@article{arxiv.2212.06147,
title = {A generalized Townsend's theory for Paschen curves in planar, cylindrical, and spherical geometries},
author = {Jeremy A. Riousset and Joshua Méndez Harper and Josef Dufek and Jacob A. Engle and Jared P. Nelson and Annelisa B. Esparza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.06147},
year = {2022}
}