离子到电子鞘层转变的粒子模拟研究
等离子体物理
2016-08-24 v1
摘要
使用二维粒子模拟（PIC）研究了小电极附近、偏压从低于到高于等离子体电势变化的鞘层形态。研究了五种情形：（A）偏压低于等离子体电势超过电子温度（）的电极，（B）偏压低于等离子体电势小于 的电极，（C）偏压几乎位于等离子体电势的电极，（D）偏压高于等离子体电势大于 但小于 的电极，以及（E）偏压远高于等离子体电势大于 的电极。在情形（A）中，观察到电子速度分布函数（EVDF）为麦克斯韦分布，并通过离子鞘层和预鞘层呈玻尔兹曼型指数密度衰减。在情形（B）和（C）中，由于快电子克服电极与等离子体之间的小电势差，EVDF表现出损失锥型截断。该区域不存在鞘层，等离子体保持准中性直至电极。EVDF截断导致了类预鞘层的密度和流速梯度。在情形（D）中存在电子鞘层，且本质上所有离子被排斥。此处截断驱动的行为持续，但伴随EVDF最大值移动，而负偏压情形中无此现象。在情形（E）中，流动偏移变大且损失锥进一步移入EVDF的尾部。此情形下，流动矩显著贡献来自EVDF最大值的流动偏移和损失锥截断两者。
引用
@article{arxiv.1604.08251,
title = {Particle-in-cell study of the ion-to-electron sheath transition},
author = {Brett Scheiner and Scott D. Baalrud and Matthew M. Hopkins and Benjamin T. Yee and Edward V. Barnat},
journal= {arXiv preprint arXiv:1604.08251},
year = {2016}
}