He/N$_2$中由定制电压波形驱动的微大气压等离子体射流中的电子功率吸收
等离子体物理
2021-11-17 v1
摘要
在大气压电容耦合微等离子体射流中，电压波形定制（Voltage Waveform Tailoring, VWT）已被证明可终极控制电子能量分布函数（Electron Energy Distribution Function, EEDF），从而通过控制电子功率吸收动力学来增强并调节所选中性粒子的生成。然而，在基础层面上，VWT这些效应的物理起源仍不清楚。因此，本工作中，在基频13.56 MHz、氮浓度为0.05%的He/N射流中，针对不同谐波数目，采用自洽粒子胞（Particle in Cell）模拟并结合基于动量平衡方程的电子功率吸收时空分辨分析，研究了电子功率吸收动力学，所加波形为谷值波形。由于大气压下输运的局域性，欧姆功率吸收占主导。增加谐波数目时，因激励波形的特殊形状，接地电极处的鞘层塌缩相对于功率电极处的鞘层塌缩被缩短。其结果，且为保证该电极处电子与正离子的通量补偿，在此时短暂的鞘层塌缩期间有高电流驱动通过放电。该电流由高欧姆电场驱动。在电子密度低而电场高的接地电极附近，电子被加速至高能，并观察到强电离及局部电子密度极大值的形成。该电子密度极大值导致局部双极电场，其充当电场反转并加速电子至更高能量。这些效应被详细阐明，以从根本解释VWT在此类等离子体中控制EEDF的独特潜力。
引用
@article{arxiv.2106.03094,
title = {Electron power absorption in micro atmospheric pressure plasma jets driven by tailored voltage waveforms in He/N$_2$},
author = {Mate Vass and Sebastian Wilczek and Julian Schulze and Zoltan Donko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.03094},
year = {2021}
}