等离子体鞘层与不稳定性现象的连续介质动理学模拟
等离子体物理
2019-06-17 v1
摘要
仔细研究等离子体-材料相互作用对于理解和改进等离子体接触壁面的器件运行至关重要。本工作的主要贡献包括：(i) 新颖的连续介质动理学算法与新颖边界条件，其使用间断伽辽金方法直接离散化 Vlasov/Boltzmann 方程；(ii) 对具有碰撞、电离和基于物理的壁面发射的等离子体鞘层物理的基础研究；(iii) 动理学 Weibel 不稳定性线性增长与非线性饱和的理论与数值研究，包括其在等离子体鞘层中的作用。该连续介质动理学算法已被证明与 Langmuir 波朗道阻尼及双流不稳定性的理论预测吻合良好。还使用电磁 Weibel 不稳定性进行了基准测试，发现理论与模拟之间高度一致。电场在 Weibel 不稳定性的非线性饱和过程中作用显著，这是以往研究未曾指出的。研究重点在于理解对等离子体-材料相互作用研究至关重要的等离子体鞘层物理。初始模拟采用无碰撞模型以匹配经典鞘层理论与 Bohm 判据。引入了碰撞算子和基于体积物理的源项，并简要讨论了热流的影响。开发了新颖的基于物理的边界条件，并以通用方式纳入连续介质动理学算法中用于有界等离子体模拟。这些是首批使用自洽壁面发射边界条件、在多种 regime 中具有广泛适用性的连续介质动理学模拟。
引用
@article{arxiv.1809.06368,
title = {Continuum Kinetic Simulations of Plasma Sheaths and Instabilities},
author = {Petr Cagas},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.06368},
year = {2019}
}
备注
PhD thesis, Virginia Tech, 2018. Please cite as: @phdthesis{cagas2018continuum, title={Continuum Kinetic Simulations of Plasma Sheaths and Instabilities}, author={Cagas, Petr}, year={2018}, school={Virginia Tech} }