Optical emission spectroscopy of non-equilibrium microwave plasma torch sustained by focused radiation of gyrotron at 24 GHz
用发射光谱法测量了24 GHz微波束在空气中聚焦时非平衡氩等离子体炬的电子温度和气体温度。氩原子的激发温度约为5000 K，而氮分子的振动和转动温度分别为3000 K和2000 K。实验证明了外部气体气氛到等离子体炬的有效混合。氮气分子的振动和转动温度随着离喷嘴出口的距离的增加而略有增加。实验结果表明，在大气压力下的微波放电可能是相关的高度稳定的分子，如二氧化碳，在非平衡条件下的分解。
2020-03-04 physics.plasm-ph
First Step in Theoretical Approach in Study of Mars and Titan Atmospheres with an Inductively Coupled Plasma Torch
为了获得可以用作测试案例的ICP炬的建模，我们必须确定所有的热力学性质和传输系数。为了计算数据，我们必须首先确定所有物种的组成和碰撞积分，以计算输运系数。我们将计算应用于火星和土卫六的大气成分。测定谱线的强度与温度的关系。
2009-07-20 physics.plasm-ph
Non-Equilibrium Modeling of Arc Plasma Torches
建立了一个双温度热非平衡模型，并应用于直流电弧等离子体炬内部流动的三维时变模拟。的非平衡模型与平衡模型的结果的详细比较。在这两个模型中的流体和电磁方程的数值近似在一个完全耦合的方法由变分多尺度有限元法。与平衡模型相比，非平衡模型不需要单独的再附着模型来产生电弧再附着过程并限制总电压降和电弧长度的大小。非平衡结果显示在等离子体-冷流相互作用区域和靠近阳极表面处存在大的非平衡区域。在电弧动力学，特别是在电弧再附着过程中，并在总电压降和出口温度和速度的大小模型之间的显着差异进行观察。非平衡结果与实验观测结果一致性提高。
2013-01-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
LDPE Surface Modifications Induced by Atmospheric Plasma Torches with Linear and Showerhead Configurations
低密度聚乙烯（LDPE）表面等离子体改性，以改善其纳米结构和润湿性。这些改性可以显著改善后续层的沉积，例如具有特定阻隔性能的膜。为此，我们比较了两个大气等离子体炬与不同的配置（喷头与线性）引起的治疗。通过X射线光电子能谱、水接触角接触角测量和原子力显微镜观察，证实了LDPE膜在化学表面组成和表面形态方面的改性。两个后放电处理之间的比较是实现了几个火炬到基板的距离（间隙），处理时间，和氧气的流速方面的蚀刻速率，粗糙化率，氧气扩散到subsur-face和亲水性。通过将这些结果与放电后的化学组成相关联，我们识别并比较了负责化学表面功能化、表面粗糙化和蚀刻的物种。
2016-04-29 physics.plasm-ph
Synthesis and/or grafting of noble metal nanoparticles by microplasma and by atmospheric plasma torch
在大气压下的等离子体被呈现为用于在衬底上合成或/和接枝贵金属NP（Au，Pt）的简单、快速和通用的工具。在这项研究中，贵金属纳米粒子产生的还原金盐在水介质中的微等离子体或通过分解的铂或金的有机金属在后放电的大气等离子体炬。后者也可用于从商业胶体溶液中接枝NP
2018-02-06 physics.app-ph physics.plasm-ph
Non-equilibrium atmospheric-pressure plasma torch sustained in a quasi-optical beam of subterahertz radiation
研究了263 GHz回旋管聚焦亚太赫兹辐射维持的大气压连续放电。在空气的周围气氛中，在离开金属气体管的氩气流上维持朝向微波辐射传播的等离子体炬。使用高速摄像机，火炬的空间结构进行了研究，并在时间尺度上的顺序为20纳秒的时间动态进行了检查。利用可见光波段的发射光谱估算了氩原子的激发温度和电子密度。结果表明，这种类型的放电基本上是非平衡的，并且电子温度比振动温度和气体温度高许多倍，在数量级上为1.5-1.7 eV。由斯塔克加宽氢线测量的电子密度超过加热场频率的临界值。
2020-03-04 physics.plasm-ph
Numerical simulations of a RF-RF hybrid plasma torch with argon at atmospheric pressure
Light Technology Institute, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院光技术研究所）
该研究通过数值模拟分析了大气压下氩气中RF-RF混合等离子火炬在不同频率和距离条件下的热力学行为及能量传输特性。
2026-01-16 physics.plasm-ph
PTFE surface etching in the post-discharge of a RF scanning plasma torch: evidence of ejected fluorinated species
聚（PTFE）表面的纹理化是在大气压下通过使用后放电的射频等离子体炬提供的氦气和氧气。用接触角测量、X射线光电子能谱学和原子力显微镜对表面性质进行了表征。我们表明，等离子体处理增加的表面疏水性（与水的接触角从115 °增加到155°），仅通过修改PTFE表面形态，而不是化学计量。测量与从PTFE表面喷射CF $_2$碎片相关的样品质量损失证明了在大气压下的蚀刻机制。
2016-05-02 cond-mat.other cond-mat.soft physics.ins-det
Ultrafast Kilowatt-Range Microwave Pulsing for Enhanced CO2 Conversion in Atmospheric-Pressure Plasmas
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；University of Antwerp（安特卫普大学）
通过超快微波功率脉冲提升大气压等离子体中二氧化碳转化效率，研究千瓦级微波功率的可扩展性，对比两种反应器配置的转换和能量效率，发现 Surfaguide 型反应器在气体温度上表现更优。
2026-04-01 physics.plasm-ph
Influence of ambient air on the flowing afterglow of an atmospheric pressure Ar/O2 radiofrequency plasma
实验研究了环境空气对大气压Ar/O2射频等离子体流动余辉的影响。空间分辨质谱和激光诱导荧光OH自由基被用来估计空气的入侵之间的等离子体炬和基板作为一个函数的火炬到基板的分离距离。在测量不确定度的范围内，对于小于5 mm的分离距离，没有检测到空气。对于更大的距离，环境空气的影响不能再被忽略，并且出现了物质浓度的径向梯度。Ar 4p人口，通过绝对光学发射光谱测定，被认为是减少与分离距离，而从N2（C-B）系统的发射上升测量。Ar 4p和N2（C）粒子数在间距大于9mm时的衰减部分归因于来自夹带空气的N2和O2分子的碰撞猝灭速率的增加。吸收测量还指出，臭氧的形成浓度在10^14到10^15 cm-3之间，这取决于注入的O2流速和火炬到衬底的间隔距离。
2016-04-29 physics.plasm-ph
Definition of a New Level One Test Case Measurements of Equilibrium Radiation from an Inductively Coupled Plasma in the Near-UV to Near-IR Spectral Region for a Titan-Type N2-CH4 Mixture. Preliminary Results
本文介绍了一个测试用例，使用类似的方法和实验设置比以前的测试用例TC 5 - 1级。采用电感耦合等离子体炬在大气压下产生N2-CH 4类钛等离子体（98%N2 - 2%CH4）。工作频率为64 MHz，功率为3 kW。这种装置允许获得化学和准热平衡的等离子体。光谱测量覆盖[300-800] nm范围，并在感应圈内进行。每个有趣的光谱进行校准，并比较线的光谱代码SPARTAN用于模拟的辐射发射的入口型等离子体。最后，对N_2-CH_4等离子体ICP炬中的形核现象进行了讨论。初步研究表明，在石英管上合成纳米结构的碳。
2009-11-12 physics.plasm-ph
Numerical analysis of three-dimensional magnetohydrodynamic effects in an inductively coupled plasma wind tunnel
Center for Hypersonics and Entry Systems Studies (CHESS)（高超声速与进入系统研究中心）；Department of Aerospace Engineering（航空航天工程系）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文针对350 kW Plasmatron X感应耦合等离子体装置建立三维模型，采用三维多物理场框架模拟，揭示螺旋线圈引发等离子体非轴对称分布，分析高低压下射流特性，通过SPOD识别主导模式，为等离子体风洞研究提供数值依据。
2026-08-04 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Computational study of flow dynamics from a dc arc plasma jet
由直流（DC）非转移弧等离子体炬产生的等离子体射流是从喷涂到热解的技术的核心，由于流体流动、热和电磁现象的耦合相互作用而呈现出复杂的动力学。电弧放电等离子体射流的流动动力学研究使用时间相关的三维模拟，包括火炬内的电弧的动态，通过放电环境的射流的演变，以及随后的冲击射流在一个平面基板。等离子体由化学平衡和热力学非平衡（双温度）模型描述。物理模型的数值公式是基于一个整体和完全耦合的处理的流体和电磁方程，使用变分多尺度有限元法。模拟结果揭示了不同方面的流动动力学，包括射流强迫由于运动的电弧，流行的偏差之间的重物种和电子温度的等离子体条纹，剪切流不稳定性的发展射流周围，发生的局部区域与高电场远离电弧，和相干流结构的形成和演变。
2013-03-15 math-ph math.MP physics.comp-ph
Multi-domain analysis and prediction of the light emitted by an inductively coupled plasma jet
本研究针对Plasmatron X感应耦合等离子体装置，通过高速成像开展射流发光多域分析，并用高斯过程回归构建数据驱动框架，预测未知工况下的射流剖面，为高焓流相关试验与建模提供支撑。
2023-10-18 hep-ex physics.plasm-ph
Synthesis of Membrane-Electrode Assembly for Fuel Cells by Means of (Sub)-Atmospheric Plasma Processes
报道了一种简单的两步常压等离子体法制备质子交换膜燃料电池膜电极的方法。首先，通过在RF大气等离子体炬的后放电中喷涂Pt胶体溶液将催化剂纳米颗粒接枝到碳基底上。在第二步中，在DBD的放电中用等离子体合成的聚合物膜覆盖所得到的修饰电极。磺化聚苯乙烯膜的合成通过同时注入苯乙烯和三氟甲磺酸单体，在载气（Ar或He）的存在下。通过XPS、ToF-SIMS和FTIR（IRRAS）对膜进行化学表征，并通过SEM研究其沉积速率。
2018-02-06 physics.app-ph physics.plasm-ph
Deep learning for thermal plasma simulation: solving 1-D arc model as an example
数值模拟是理解热等离子体在各种工业应用中的行为的基本方法。我们提出了一种深度学习方法来求解热等离子体模型中的偏微分方程。在该方法中，构造了一个深度前馈神经网络来代替模型的解。设计了一个损失函数来衡量神经网络和描述热等离子体的方程之间的差异。一个好的神经网络是通过最小化这个损失函数得到的。我们通过求解一维电弧衰减模型来展示这种深度学习方法的强大功能，该模型由三种情况组成：静止电弧，不考虑径向速度的瞬态电弧，以及分别具有径向速度的瞬态电弧。结果表明，深度神经网络具有良好的表达热等离子体微分方程的能力。这将为热等离子体模拟提供一种新的、有前景的数值工具。
2020-03-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Finite volume simulation of arc: pinching arc plasma by high-frequency alternating longitudinal magnetic field
电弧等离子体在许多领域有着广阔的应用前景。探索他们的财产是有趣的。本文详细介绍了基于压力的氩弧有限体积模拟。在模拟中，整个阴极区域耦合到电磁计算，以保证在阴极表面的电流密度的自由变化。在数值求解中，采用迎风差分格式保证对流项的输运性质，采用SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法求解热压。通过对自由燃烧氩弧的数值模拟，表明该模型与实验结果吻合较好。在高频交变纵向磁场中观察到氩弧的集中现象。与现有的收缩机构不同，这里的电弧通过收缩和膨胀之间的连续过渡来实现收缩。其机理是外加高频交变磁场与电弧的运动惯性共同作用，能够有效地起到“等离子体陷阱”的作用，使电弧等离子体被囚禁在一个较窄的空间内。这为压缩电弧提供了一种新的途径。
2022-01-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Numerical Study of Suspension Plasma Spraying
对悬浮等离子喷涂（SPS）过程进行了数值模拟研究.液体悬浮液射流被注入等离子体流中的含有悬浮液颗粒的液滴训练代替。考虑液滴和颗粒在向衬底行进时不同组分的雾化、蒸发和熔化。研究了不同参数对飞行过程中颗粒状态和对基体冲击的影响。首先，研究了入口流量和功率等火炬操作条件的影响。此外，注射器参数，如注射位置，流量和角度的影响进行了检查。本研究所用的模型考虑了高温度梯度和非连续效应。此外，作为蒸发的结果，悬浮液滴的物理性质的变化的重要影响包括在模型中。这些主要包括传热性能和粘度的变化。利用这种改进的模型，几个测试案例已被认为是更好地评估不同参数的影响，在飞行过程中的颗粒质量和对基板的影响。
2017-12-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Potential of Atmospheric Pressure Thermal Plasma Technology towards Waste Processing: A Comprehensive Review
Plasma Applications Laboratory, Department of Energy Science and Engineering, Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院能源科学与工程系等离子体应用实验室）
该综述探讨了大气压热等离子体技术在废物处理中的潜力，分析了不同电源的热等离子体产生技术，对比了等离子体炬设计，介绍其处理多种废物的效果，表明该技术可实现能源生产与材料回收，有望解决城市固体废物处理难题。
2026-08-12 physics.plasm-ph
Multi-physics modeling of non-equilibrium phenomena in inductively coupled plasma discharges: Part II. Multi-temperature approach
Center for Hypersonics and Entry Systems Studies (CHESS)（高超音速与进入系统研究中心）；Department of Aerospace Engineering（航空航天工程系）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文比较了氮等离子体的态到态模型与双温度模型，提出由StS模型一致推导的2-T模型，并证明其能准确复现ICP放电核心形态与温度分布，同时揭示VT能量传递项对等离子体核心形态起主导作用。
2023-10-11 physics.plasm-ph
Simulating vacuum arc initiation by coupling emission, heating and plasma processes
本文通过耦合PIC-MCC等离子体模拟与有限元发射及热效应计算，研究了真空电弧从场致发射到等离子体形成的起始过程，揭示了直接场电离和阴极表面相互作用在电弧起始中的关键作用。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
DeepPropNet: an operator learning-based predictor for thermal plasma properties
本文提出DeepPropNet模型，通过高保真数据集学习等离子体操作条件到物理性质的非线性映射，实现高效准确的热等离子体性质预测，适用于二元和三元混合物，并通过有限体积法和物理信息神经网络验证其应用性。
2026-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Sheath parameters for non-Debye plasmas: simulations and arc damage
本文描述了破坏射频加速器、托卡马克等高梯度结构的稠密等离子体弧的表面环境。我们用分子动力学（MD）模拟了金属表面附近的致密、非理想等离子体鞘层，以评估高密度、低温等离子体在非德拜区域的鞘层。我们使用直接的两个组件的MD模拟，其中所有的电子和离子之间的相互作用计算明确。我们发现，非德拜鞘可以外推德拜鞘参数与小的修正。我们发现，这些参数与以前的PIC代码估计大致一致，指向$10^{24} - 10^{25}\mathrm{m}^{-3}$范围内的密度。这些结果所暗示的高表面场可以产生场发射，这将缩短鞘层并导致电弧时间演化的不稳定性，并且这种机制可以限制电弧中的最大密度和表面场。这些结果还提供了一种理解电弧的“燃烧电压”是如何产生的方法，以及自溅射和燃烧电压之间的关系，虽然没有很好地理解，但似乎是密切相关的。使用这些结果，并等同于表面张力和等离子体压力，它是可能的推断范围内的等离子体密度和鞘电位从电弧损伤的SEM图像。我们发现，这些结果暗示的高密度等离子体和它们将产生的等离子体压力的水平与100 nm或更小尺度上的电弧损伤一致，在示例中，液体金属将在这种结构丢失之前冷却。我们发现，亚微米组件的电弧损伤，燃烧电压，和波动的可见光生产的电弧可能是最直接的指标的密集等离子体电弧的参数，和最有用的诊断机制限制在加速器中的梯度。
2012-04-03 physics.plasm-ph
On the synergy between easier plasma operation and affordable coil-set requirements enabled by Negative Triangularity in the prospective ARC fusion reactor
一个数值工作流程的开发，以探索运行多种等离子体配置的ARC聚变试验工厂的可行性。各种极向场线圈组的合适的成本函数进行评估的基础上所需的电流线圈，感应应力，等离子体配置的灵活性。它示出，第一次，一组给定的极向场线圈可以维持平衡与两个符号的三角形和平衡在负三角形有可比的线圈要求，在正三角形，尽管ARC的正三角形设计平衡。这些结果有助于证明负三角度托卡马克是一个有希望的候选人，为商业化的聚变电源。
2022-12-16 physics.plasm-ph
Validated Modeling of Atmospheric-Pressure Anodic Arc
我们进行了自洽建模的大气压电弧放电产生的等离子体。耦合的等离子体电流，发射电流，离子电流，鞘层电压降，在等离子体-电极界面的热通量的特殊数值程序的开发和实施到ANSYS CFX代码。通过比较模拟结果与先前可用的实验数据，通过各种等离子体诊断的范围内获得的模拟结果进行验证。
2019-02-26 physics.plasm-ph
Arc plasma ablation of quartz crystals
直径约1 cm的球形石英石在300 Torr的氦气气氛中暴露于阳极电弧放电。在石墨电极之间流动的电弧电流被设定为连续DC模式（30-150 A）或脉冲模式，在2 Hz（220 A峰值）下。在电弧等离子体处理几秒钟后，系统地测量每个样品中的烧蚀速率。光学发射光谱（OES）诊断和2-D流体模拟的电弧放电的热流传输和石英晶体的加热机制的阐明。发现吸收功率密度和所得穿透率之间存在线性相关性，对于约150 W/cm 2，其产生15 cm/h的最大值。斜率上的线性拟合提供了40 kJ/cm 3的比能。入射到样品表面上的能量通量促进了从结晶二氧化硅到玻璃态二氧化硅的相变，其特征在于通过拉曼光谱。这项研究指出了电弧等离子体技术在地热钻探应用中的巨大潜力。
2021-03-03 physics.plasm-ph
Electron Beam Formation and its Effect in Novel Plasma-optical Device for Evaporation of Micro-droplets in Cathode ARC Plasma Coating
被认为是额外的能量泵入电弧等离子体流的自洽形成的径向定向束的高能电子蒸发的微液滴。径向束出现在圆柱形内表面附近的二次离子-电子发射在这个表面周围的电弧等离子体流离子轰击。在等离子体光学系统的圆柱形通道中，束流在径向电场和纵向磁场的交叉作用下，产生电势跃变加速。在微滴移动通过系统的时间期间，高能电子泵送足够用于微滴蒸发的能量。
2020-11-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spectroscopic of atmospheric pressure air jet plasma in transverses arc discharge
对高压直流电弧横向连续放电中的大气压空气射流等离子体进行了光谱表征。在200至1100 nm波长的光谱内，监测到所有显著的发射，并识别出N、O、H的所有激发原子线和NO、N2、O2、OH、CO、CN的分子带。利用分析CuI谱线510.5，515.3，521.8nm（电极发射产物）和N22 + -体系337.1nm（等离子体形成气体的主要成分）谱带的相对强度，测定了自由原子的电子激发温度Texc和分子振动和转动态的激发温度TV和TR.结果发现，在这种电弧放电空气等离子体的空间/时间演化过程中，没有本地LTE，和强烈的非zothermality的影响有一个地方在这种情况下。
2004-10-28 physics.plasm-ph
Plasma instability of magnetically enhanced vacuum arc thruster
采用双流体流动等离子体模型描述了磁增强真空电弧推力器（MEVAT）中等离子体旋转及其不稳定性的演化。典型的实验参数，包括等离子体密度，平衡磁场，离子和电子温度，阴极材料，轴向流速度，和方位角旋转频率。结果表明，等离子体不稳定性的增长率随旋转频率和电场强度的增大而增大，随电子温度和原子量的减小而减小，并解释了其物理机制。比较了密度涨落和平衡密度梯度的径向结构，发现它们峰值的径向位置非常接近，表明密度梯度驱动的电阻漂移模式。扰动质量流在等离子体柱横截面上的时间演化，表现为边缘处的顺时针旋转（电子抗磁漂移方向）和芯部处的逆时针旋转（离子抗磁漂移方向），中间隔着从$n=0$到$n=1$的模式过渡层.这项工作，据我们所知，是第一个治疗的旋转和轴向流引起的等离子体不稳定性的MEVAT，也是很大的实际利益，其他电推力器的旋转等离子体长期稳定运行和推进效率优化。
2018-11-29 physics.plasm-ph
Photoelectron Emission from Metal Surfaces Induced by VUV-emission of Filament Driven Hydrogen Arc Discharge Plasma
利用强流驱动的多尖点弧放电体积产生H^-离子源（LIISA）进行了光电子发射测量。已经发现，用Al、Cu、Mo、Ta和不锈钢（SAE 304）获得的光电子电流在相同的数量级上。光电子电流与放电功率呈线性关系。实验表明，由于量子效率的能量依赖性，光电子发射仅在氢光谱的短波长范围内是显著的。它是估计从测量的数据，从等离子体室壁的最大光电子通量是在1 A每千瓦的放电功率的顺序。
2015-03-27 physics.plasm-ph
Numerical modeling of two magnetized counter-propagating weakly collisional plasma flows in arch configuration
本文通过数值模拟研究了拱形磁场下对向超声速等离子体流的相互作用，揭示了不同磁马赫数下磁重联等特性，并为后续实验观测提供了条件参考。
2024-12-16 physics.plasm-ph
Spatial and time-dependent distribution of plasma parameters in the metal-halide arc lamp
几位作者指出，闭合高压电弧交流。在局部热力学平衡（LTE）模型的框架中不能描述添加金属卤化物的汞蒸气中的放电。然而，一些等离子体参数（电子和高躺激发态密度以及汞亚稳能级密度）被假定为与电子温度平衡，这些假设被应用于等离子体诊断。为了验证这些假设，发展了一种基于谱线空间和时间分布的局域等离子体光谱学方法。实验装置是基于大口径衍射光谱仪，空间扫描装置和光电探测器，它允许在电流周期的选定相位进行测量。数据采集和处理软件基于LabVIEW系统。联合数据处理的原始方法适用于包含源表面辐射的空间、光谱和时间分布的数据阵列。该方法以主成分理论为基础，考虑了谱线轮廓内光谱发射率之间的相关性，并允许对光谱发射率进行自相关。
2004-10-13 physics.plasm-ph
Modeling rf breakdown arcs II: plasma / materials interactions
继续从早期的文件射频真空电弧的描述，我们描述的真空电弧，涉及表面的相互作用的一些方面。本文介绍了等离子体材料的相互作用，影响电弧和模型测量的表面场使用Tonks-Frenkel和spinodal电流体动力学不稳定性，一个现实的模型的产生和评估高场增强，单极电弧，蠕变和其他效果的方面。
2012-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design and Implementation of a Fast-Sweeping Langmuir Probe Diagnostic for DC Arc Jet Environments
AMA Inc. at NASA Ames Research Center（美国航空航天局艾姆斯研究中心 AMA 公司）；NASA Ames Research Center（美国航空航天局艾姆斯研究中心）；NASA Postdoctoral Program at NASA Ames Research Center（美国航空航天局艾姆斯研究中心博士后项目）
针对传统静电探针时间分辨率不足的问题，设计实现了开源低成本的快速扫描Langmuir探针系统，在30 kW直流电弧射流装置中验证了其在极端气动热条件下的高时间分辨率等离子体参数测量能力。
2025-10-30 physics.plasm-ph
Adding high time resolution to charge-state-specific ion energy measurements for pulsed copper vacuum arc plasmas
利用商用离子质量/电荷和能量/电荷分析仪直接采集离子检测信号，获得了脉冲Cu电弧等离子体的电荷态分辨离子能量-时间分布。我们发现在电弧点火后的前几百微秒内，Cu 2+、Cu 3+和Cu 4+离子的能量向较低值转移，这是等离子体中粒子碰撞的证据。Cu 1+离子的产生在脉冲的后半部分中，通过Cu 1+信号强度的增加和相关的平均电荷状态点的轻微减少来测量离子和中性物之间的电荷交换反应。在脉冲的最开始，当等离子体膨胀到真空和等离子体电位强烈波动时，观察到具有更高能量（超过200 eV）的离子。在脉冲的早期，观察到的离子能量近似成正比的离子电荷状态，我们得出结论，加速机制主要是基于加速在电场。该场被引导远离阴极，指示电势峰。浮动探针的测量表明，潜在的结构旅行和离子在旅行领域可以获得高达几百电子伏的高能量。在脉冲的后期，近似的比例性丧失，这与由于与中性粒子的碰撞而导致的不同能量的增加的拖尾有关，和/或与从静电到“气体动力学”的加速特性的改变有关，即，由压力梯度控制。
2015-06-25 physics.plasm-ph
Erosion behaviour of composite Al-Cr cathodes in cathodic arc plasmas in inert and reactive atmospheres
研究了Al含量分别为0.75、0.5和0.25的Al-$_{x}$-Cr $_{1-x}$复合阴极在Ar、N-$_2$和O-$_2$气氛中的阴极弧等离子体中的烧蚀行为。通过扫描电子显微镜对阴极近表面区域的元素分布的横截面分析揭示了所有阴极和气氛的改性层的形成。X射线衍射分析表明，由于热影响区中Al和Cr的混合，形成了金属间化合物Al-Cr相。在反应性N $_2$和O $_2$气氛中的阴极中毒效应是不均匀的，作为施加的磁场配置的结果。除富铝阴极上的氧化物岛外，在圆形侵蚀区中不存在反应层，而在阴极的较少侵蚀的中心区域中形成氮化物和氧化物。
2016-02-02 physics.plasm-ph
Modeling Arcs
虽然真空电弧在110多年前就被首次发现，但人们对它们的了解还不够深入。从那时起，我们开发了一个击穿和梯度极限模型，试图以自洽的方式解释：电弧触发，等离子体引发，等离子体演化，表面损伤和梯度极限。我们使用简单的PIC代码建模等离子体，分子动力学建模表面击穿，表面损伤，和介观尺度表面热力学和有限元静电代码来评估表面性能。由于任何给定的实验似乎有更多的变量比数据点，我们试图考虑各种各样的电弧（射频结构，电子束焊接，激光烧蚀等）。以帮助限制问题，并专注于共同的机制。虽然机制可能相对简单，但建模可能具有挑战性。
2011-08-03 physics.plasm-ph
Characterization of atmospheric pressure H2O/O2 gliding arc plasma for the production of OH and O radicals
大气压蒸汽/氧等离子体由88 Hz、6 kV AC电源产生。利用光学发射光谱（OES）研究了产生的等离子体的性质。相对强度，转动，振动，激发温度和电子密度作为施加电压，电极间距和氧气流量的函数进行了研究。借助于LIFBASE模拟软件模拟谱带，确定了转动和振动温度。采用强度比法，考虑非热平衡条件，由CuI跃迁得到激发温度。用Voigt轮廓拟合法由H_α Stark展宽近似计算电子密度。据观察，旋转和振动温度降低与电极间距和O2流量的增加，但与所施加的电压增加。激发温度随外加电压和氧气流量的增加而增加，但随电极间距的增加而降低。电子密度随外加电压的增大而增大，随电极间距和O2流量的增大而呈下降趋势。
2016-07-03 physics.plasm-ph
Observations and modelling of ion cyclotron emission observed in JET plasmas using a sub-harmonic arc detection system during ion cyclotron resonance heating
本文报道了在离子回旋频率范围（ICRF）内的波加热的射流等离子体中，接近高能离子的回旋频率的电磁辐射的测量结果。氢是所有这些等离子体中的主要离子种类。测量获得了使用分谐波电弧检测（SHAD）系统中的ICRF天线之一的传输线。测得的离子回旋发射（ICE）光谱强烈过滤的天线系统，通常包含子结构，由几个kHz的分离的峰值集组成，这表明压缩阿尔芬本征模（CAE）的激发频率紧密间隔。在大多数情况下，高能离子可以被清楚地识别为ICRF加速的He-3少数离子，尽管在两个脉冲中，发射可能是由高能He-4离子产生的，源于三次谐波ICRF波加速。有人提出，发射接近的He-3回旋频率产生的高能离子的这个物种经历漂移轨道漂移到外中平面等离子体边缘。粒子在细胞和混合动力（动力学离子，流体电子）模拟使用等离子体参数对应的边缘等离子体条件，在这些射流脉冲，和高能粒子参数推断的回旋共振位置，表明强烈的激发波在He-3回旋谐波，包括基本的，这是确定与所观察到的发射。这些结果强调了ICE测量的潜在重要性，作为一种研究受限的快速粒子的方法，这些粒子是强超热的，但能量不足或数量不足以激发可检测水平的伽马射线发射或其他集体不稳定性。
2018-06-13 physics.plasm-ph
Steady state, core, operational optimization of an ARC-like tokamak via plasma composition and shape
MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Oak Ridge National Lab（橡树岭国家实验室）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
本研究采用贝叶斯优化方法，对类ARC托卡马克的等离子体成分与形状等参数进行稳态运行优化，提升了聚变功率与功率密度，该方法可推广至其他托卡马克。
2026-08-12 physics.plasm-ph
Element- and charge-state-resolved ion energies in the cathodic arc plasma from composite AlCr cathodes in argon, nitrogen and oxygen atmospheres
在不同的阴极成分和气体气氛下，测量了使用复合AlCr阴极的阴极电弧等离子体中离子的能量分布函数，作为背景气体压力在0.5至3.5 Pa范围内的函数。最丰富的铝离子是Al $^{+}$，而Cr $^{2+}$离子在Ar和N $_2$和Cr $^{+}$在O $_2$气氛中占主导地位。铝和铬离子的能量分布通常由高能量部分组成，这是由于来自阴极点的膨胀等离子体羽流的加速和在等离子体云中受到碰撞的热化离子。后者的分数随着背景气体压力的增加而增加。原子态氮离子和氧离子显示出与铝离子和铬离子类似的能量分布，而氩离子和分子态氮离子和氧离子在离阴极点更远的地方形成，因此较少受到加速梯度的影响。在O $_2$气氛中，除了带正电荷的金属离子和气体离子外，还观察到带负电荷的氧和含氧离子。所获得的结果是为了提供一个全面的概述的离子能量和电荷状态的电弧等离子体中的AlCr复合阴极在不同的气体气氛，因为这样的等离子体经常被用来沉积薄膜和涂层。
2015-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Experimental Study of a Low-Voltage Pulsed Plasma Thruster for Nanosatellites
本文设计、制造了一台同轴脉冲等离子体推力器，并进行了试验研究。该设计证实了PPT在放电电流水平为10.4kA的放电等离子体上的100至200 V的显著降低的放电电压下的操作，类似于磁等离子体动力学电弧。PPT阴极在宽范围的压力下用ICCD照相机成像，并且照片表明在较高压力下“无斑点”的扩散电弧附着到阴极，并且在较低压力下出现常规阴极斑点。阴极腐蚀速率测量支持在较高压力下“无斑点”操作的结论和在较低压力下阴极斑点的存在（在4托和3.5e-5托下分别测量到16.194 ug/C和40.785 ug/C的腐蚀速率）。
2022-12-04 physics.plasm-ph
Formation of Self-Organized Anode Patterns in Arc Discharge Simulations
斑图形成和自组织是在包括大气压电弧放电的各种类型的等离子体系统中通过实验通常观察到的现象。然而，在电弧放电中再现阳极斑图形成的数值模拟已被证明是极其难以捉摸的。随时间变化的三维热力学非平衡模拟揭示了自发形成的自组织模式的阳极附着点在自由燃烧的电弧，一个典型的热等离子体流建立了一个恒定的直流电流之间的轴对称电极配置在没有外力的情况下。斑点的数量，它们的大小和分布在图案内取决于所施加的总电流和空间离散化的分辨率，而等离子体流的主要性质，如最高温度，速度和电压降，仅取决于前者。空间离散化的解决方案的敏感性强调全面的电弧放电模拟的计算要求。所获得的阳极图案定性地与实验观察一致，并确认斑点起源于电弧阳极附件的边缘。结果表明，重物种的电子能量平衡，除了热不稳定性，在电弧放电阳极斑点的形成中具有主导作用。
2012-12-31 math-ph math.MP physics.comp-ph
Spatiotemporal Dynamics of Hydrogen Plasma Smelting Reduction of iron ore: A Multi-Species Diagnostic Approach
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）
研究铁矿石氢等离子体熔融还原的时空动力学，采用多物种光发射光谱结合红外热成像等方法，解析反应器电弧，揭示非等温放电分层结构，重新定义动力学建模边界条件，建立可转移的多物种诊断框架。
2026-07-09 physics.plasm-ph
Modeling rf breakdown arcs
我们描述了在805 MHz的射频加速器腔中的一些自洽机制的击穿。我们分为三个阶段的击穿过程：1）我们使用静电拉伸应力引起的断裂的分子动力学来模拟表面失效，2）我们使用细胞代码中的粒子来模拟负责等离子体引发和等离子体生长的中性粒子的电离，以及3）我们通过假设类似于单极电弧的过程来模拟表面损伤。我们发现，冷，密集的等离子体与表面接触产生非常小的德拜长度和非常高的电场在一个大的区域，符合单极电弧的行为，虽然单极电弧严格定义的等势边界。这些高磁场产生了强烈的侵蚀机制，主要是自溅射，与我们看到的陨石坑形成相一致。我们使用OOPIC模型来估计非常高的表面电场在稠密的等离子体和测量这些领域使用电流体力学参数与所施加的电场的表面损伤的尺寸。我们还提出了场致发射体的大增强因子的几何解释，这与暴露于高场的表面上明显没有晶须是一致的。我们得到的增强因子，当结合福勒Nordheim分析产生一致的图片的击穿和场发射从表面在7 - 10 GV/m的局部字段。我们表明，我们从OOPIC获得的等离子体的增长率是一致的腔短路电流使用X射线测量的增长率。我们相信，这里介绍的射频击穿电弧的一般情况，应该直接适用于更大类的真空电弧。从等离子体模拟的结果包括作为一个指南，该模型的实验验证。
2011-04-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Torsional Alfven Oscillation in the Regime of Firehose Instability as a Mechanism of Plasma Stratification in a Laboratory Experiment on Modeling a Coronal Arch
A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院阿·瓦·加蓬诺夫-格列霍夫应用物理研究所）；Lobachevsky University（罗巴切夫斯基大学）
实验室实验中通过火舌不稳定性 regime 激发反扭阿尔文振荡，导致等离子体分层现象，揭示了等离子体在磁场中的分布机制。
2024-12-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multi-physics simulations of lightning strike on elastoplastic substrates
本工作涉及的弹塑性，电磁和热响应的航空航天材料，由于它们的相互作用与雷击条件下的等离子体电弧的数值模拟。目前的方法处理这两种物质状态之间的相互作用，无论是在解耦的方式或通过单向耦合的“共同模拟”。本文提出了一种多物理场模拟闪电和弹塑性材料之间的双向相互作用的方法，它可以内在地捕捉这两种状态的物质之间的非线性反馈。这是通过在同一个计算网格上同时求解磁流体动力学方程和弹塑性方程系统，动态地发展磁场和电场来实现的。所得到的模型允许的拓扑结构的演变和运动的电弧附着点耦合到基板的结构响应和焦耳加热。通过基于黎曼问题的幽灵流体方法，促进了弹塑性材料和等离子体之间的动态通信。据作者所知，这种双向耦合以前没有得到证明。所提出的模型首先对实验室的实验研究进行验证，表明等离子弧的生长可以准确地再现，取决于基板的电导率。然后，随后在一个设置中进行评估，其中基板内的动态演变特性反馈到等离子弧附件中。不同材料的多层基板，并与温度相关的电导率的基板的结果。它表明，这些条件产生不同的行为，由于等离子弧和基板之间的相互作用。
2019-06-20 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Arc temperatures in a circuit breaker experiment from iterative analysis of emission spectra
在模拟高压自能断路器的开断过程中，采用发射光谱法研究了电弧的特性。电弧在填充有SF $_6$的腔室中操作，该腔室位于由PTFE喷嘴封闭的针形郁金香形触头系统之间。腔室壁中的透明窗口和喷嘴中的狭缝使得能够在电流零点之前不到一毫秒的时间内对电弧截面进行光学研究。用成像光谱系统测量了氟原子线的侧向辐射。考虑到弧的旋转对称性，用Abel反演法确定了相应的径向发射系数。的径向温度分布计算的发射系数，包括压力测量和相应的等离子体成分。与以前的研究相比，提出了一种具体的迭代方法来考虑等离子体的光学厚度。已观察到0.2和0.4之间的最大光学厚度。针对吸收效应进行校正的温度曲线显示，随着电流向零电流降低，弧轴的最高温度不断升高。等离子体成分对绝对电弧温度的影响进行了讨论。温度分布可用于验证模型室中关断过程的CFD模拟。
2020-04-24 physics.plasm-ph
Ionospheric Plasma Flows Associated with the Formation of the Distorted Nightside End of A Transpolar Arc
我们调查电离层流动模式发生在2002年1月28日与发展的夜侧扭曲结束的J形transpolar弧（夜侧扭曲TPA）。本文根据SuperDARN（Super Dual Auroral Radar Network）雷达探测到的TPA附近的电离层夜侧流场，讨论了夜侧流场向午夜前扇区的畸变是如何产生的。J形TPA是在向南的行星际磁场（IMF）条件下观察到的，在存在一个占主导地位的朝晨IMF-By分量。在夜侧扭曲TPA的起始时刻，在午夜后的扇区中观察到TPA生长点处的特定的向赤道等离子体流，流出极冠，然后沿着TPA的扭曲夜侧部分转向主极光卵的午夜前扇区。我们认为，这些等离子体流发挥了关键作用，导致夜面失真的TPA。SuperDARN还发现，在TPA间隔之前和期间，在夜侧主极光卵上的IMF北向非亚暴间隔（TRINNI）期间，电离层流动通常与尾重联有关，这表明夜侧磁重联是形成夜侧扭曲TPA的一个不可或缺的过程。在TPA增长期间，SuperDARN还检测到在向阳面上的开放-闭合场线边界上的反向阳流，这表明发生了低纬度向阳面重连和正在进行的邓吉循环驱动。这表明，即使在邓吉循环驱动的等离子体流动模式中，夜面扭曲的TPA也可以生长。
2022-05-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
Complex structure of the carbon arc discharge for synthesis of nanotubes
全面的非侵入性光谱技术和电测量的碳弧揭示了两个可区分的等离子体合成区域的径向方向垂直于弧轴。这些区域被定义为电弧核心和电弧外围，具有非常不同的碳物种组成，具有不同的密度和温度。较冷的电弧外围由碳双原子分子（C2）主导，其在热电弧核心的组成中占少数。这些差异是由于电弧电流的高度不均匀分布，其主要通过填充有碳原子和离子的电弧核心传导。因此，石墨阳极的烧蚀由电弧核心控制，而碳分子的形成发生在较冷的电弧外围。这一结果与先前的预测一致，即电弧周边的等离子体环境适合于合成碳纳米管。
2017-09-09 physics.plasm-ph
Development of the Thomson scattering measurement system for cascade arc device with indirectly heated hollow cathode
本文开发了一套用于级联电弧等离子体窗口装置的汤姆孙散射测量系统，成功测量了阴极下游20 mm处的电子密度和温度，为压力分离能力研究提供了关键数据。
2023-10-11 physics.plasm-ph
Emission of charged particles from laser-induced germanium ecton, vacuum spark and vacuum arc
研究了不同栅电荷水平和阴极电流下，锗表面激光诱导微爆炸的高分辨时间演化。来自各个点的电子发射用发光屏直接成像，显示源的开度角约为30 $^\circ$。在约150 ns的时间间隔内，每个脉冲几个纳库仑的电子束被直接提取到阳极，而不会在阴极间隙中发生真空击穿。当击穿发生时，观察到约1 kV的阈值间隙电位的电弧行为的显着变化，这暗示了两种不同的蒸发机制，取决于单个点的阴极下降。因此，对于远高于阈值的电压，在第一个100-200 ns内观察到快速栅极放电，随后是基本等离子体振荡和来自等离子体边界的每脉冲几个$μ$ C的电子发射。此外，发生锗离子簇的高效发射，证明了等离子体中稳定的两倍电子倍增，每个脉冲的电荷低于阈值几个$μ$ C。
2020-08-04 physics.plasm-ph
Boundary Conditions at the Walls with Thermionic Electron Emission in Two Temperature Modeling of "Thermal" Plasmas
本文针对双温热电弧模型，提出了新的边界条件。在导出的边界条件中，假设壁由难熔金属制成，并且壁的侵蚀很小，因此在模型中没有考虑。在这些边界条件下，在电极处形成的等离子体鞘层被认为是等离子体和壁之间的界面。导出的边界条件允许从等离子体的壁的热通量的计算，因此，电子的电子流，使两个温度的热模型自洽。
2015-01-02 physics.plasm-ph
Comparison between the effect of activated waters on lentil seed germination using various plasma reactors and hydrogen injection system
本研究比较了富氢水、等离子体活化水及其组合对扁豆种子发芽的影响，通过电弧放电反应器和模拟分析，发现处理后的水能显著提高多种发芽参数，证明PAW与氢化PAW组合可有效促进种子发芽。
2023-09-07 physics.app-ph physics.plasm-ph
