低压等离子体中阳极斑的理论与模拟

当电极偏置在等离子体电位之上时，通过相关电子鞘层加速的电子可显著增加电极表面附近中性粒子的电离率。此前已观察到，如果电离率足够大，一个双电层会将附着在电极表面的发光高电位等离子体（称为阳极斑或火球）与体等离子体分离开来。本文展示了阳极斑形成过程的首次二维粒子模拟结果，以及描述该形成过程的理论模型。研究发现，电离导致电极附近形成富离子层，在电极表面附近形成狭窄的势阱，捕获电离产生的电子。当势阱中建立起准中性区域，且该区域的密度大到足以破坏双电层上电子与离子通量平衡的稳态 Langmuir 条件时，阳极斑便开始形成。本文还提出了阳极斑稳态特性的模型，该模型通过考虑粒子、功率和电流平衡，预测了阳极斑尺寸、双电层电位降以及电极处鞘层形式的值。发现这些预测与所展示的模拟及先前的实验相一致。