动态 regime 下交流放电正柱中的电子动力学
等离子体物理
2023-06-06 v1
摘要
我们在交流氩放电中，在电子能量分布函数(EEDF)空间非局域性显著的条件下，对正柱进行了混合动力学-流体模拟，涵盖一系列驱动频率 f 与气体压强 p。我们的模拟证实，当平均电子能量（温度）的时间调制显著时，在动态 regime 下观察到最有效的等离子体维持条件。在半径 R = 1 cm 的管中，于 f/p 约 3 kHz/Torr 处观察到均方根(rms)电场与电子温度的最小值。在此条件下电离率与等离子体密度达到最大值。动力学方程的数值解得以考虑与 EEDF 时空非局域性相关的动力学效应。以电子动能作为独立变量，我们求解了相空间中的各向异性张量扩散方程。我们阐明了电子在相空间中沿等总能量面扩散时不同通量分量的作用。我们表明，动力学理论揭示了比经典双极扩散（Schottky）模型更丰富而有趣的物理。在我们的模拟中，当 pR > 6 Torr cm 时观察到激发率、亚稳态密度与等离子体密度的非单调径向分布。所预测的动态 regime 中离轴等离子体密度峰在此前实验中从未被观测到。我们希望我们的结果能激发对交流正柱的进一步实验研究。该动力学分析即便对于正柱这类众所周知的等离子体对象，也有助于揭示新物理。
引用
@article{arxiv.2306.02370,
title = {Electron Kinetics in a Positive Column of AC Discharges in a Dynamic Regime},
author = {Nathan A Humphrey and Vladimir I Kolobov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.02370},
year = {2023}
}