电子鞘与预鞘理论
等离子体物理
2016-01-01 v1
摘要
电子鞘常见于收集电子饱和电流的朗缪尔探针附近。通常的假设是探针收集入射到鞘层的电子随机通量，这默认暗示不存在电子预鞘，且收集的通量源于电子速度分布函数(EVDF)的速度空间截断。本工作提供了电子鞘的专门理论，表明它们并非如此简单。受粒子在胞(PIC)模拟中观测到的 EVDF 启发，建立了电子鞘与预鞘的一维模型。在模型中，低温等离子体条件下 ()，电子压力梯度将预鞘中的电子加速到超过鞘层边缘电子热速度的流动速度。与由电场引起的弹道运动所产生的速度相比，该压力梯度产生了更大的流动速度。发现在许多常见等离子体条件下，电子预鞘向等离子体内部延伸得比类似的离子预鞘远得多。PIC 模拟揭示电子预鞘中的离子密度由绕电子鞘的流动决定，且该流动源于鞘层几何的二维方面。模拟还表明存在由预鞘中电子与离子差动流动激发的离子声波，导致鞘层边缘波动。将一维模型与时间平均 PIC 模拟比较，表明该模型很好地描述了电子鞘与预鞘。
引用
@article{arxiv.1510.03490,
title = {Theory of the Electron Sheath and Presheath},
author = {Brett Scheiner and Scott D. Baalrud and Benjamin T. Yee and Matthew M. Hopkins and Edward V. Barnat},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.03490},
year = {2016}
}