利用行波维持放电导致等离子体柱中电子密度沿轴向线性下降：该分布对应于波耗散以加热气体中电子的功率

Michel Moisan

利用行波维持放电导致等离子体柱中电子密度沿轴向线性下降：该分布对应于波耗散以加热气体中电子的功率

等离子体物理 2026-04-20 v17

作者: Michel Moisan

摘要

一类新型等离子体于1970年代末出现。它由射频(RF)和微波(MW)波的电场的电场分量维持的等离子体柱构成，这些波在包含等离子体的介质管外表面与环境空气(真空)之间的界面上传播。该等离子体柱被称为行波放电(TWD)，其特性是长度随吸收的RF和MW功率增加而增长。它也非常稳定且可重复。该等离子体柱的电子密度沿其轴线线性下降，直至骤降至非零值，标志着波传播的终止。其分布斜率仅取决于外部设定的运行参数，即载气压力、波频率和放电管内半径。本文提出的模型是唯一能够精确复现所有实验数据的模型，特别是关于柱末端的数据，这是其他已发表模型均未实现的功绩。当今关于TWD的多数出版物涉及应用，且该领域一直在增长。对TWD的兴趣始于高效RF和MW场施加器的出现，它们仅占所得等离子体柱的几厘米，而该柱最终可延伸至数米。Surfatron、Surfaguide、波导Surfatron、Ro-Box和TIAGO(环境气体中的等离子体)均为已广泛使用的装置。所有这些装置均已获专利，证明了人们对TWD潜在应用的兴趣。另一突出特征是其无与伦比的大范围运行参数：气体压力p(从几mTorr(Pa)到至少两倍大气压)；场频率f(从几MHz到至少10 GHz)；以及管内半径R(从0.5 mm到至少150 mm)。

关键词

行波放电等离子体柱电子密度射频与微波介质管运行参数等离子体应用

引用

@article{arxiv.2106.11404,
  title  = {Maintaining a discharge using a travelling electromagnetic wave results in a linear decrease in electron density along the plasma column. This distribution corresponds to the power dissipated by the wave to heat electrons in the gas},
  author = {Michel Moisan},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2106.11404},
  year   = {2026}
}

备注

Possibly to be published as a monography. One application of TWD, sterilisation added

利用行波维持放电导致等离子体柱中电子密度沿轴向线性下降：该分布对应于波耗散以加热气体中电子的功率

摘要

关键词

引用

备注

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