Preference of Right-Handed Whistler Modes and Helicon Discharge Directionality due to Plasma Density Gradients
University of Wisconsin - Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文通过实验与模拟证明径向密度梯度产生的方位角剪切电流可一致解释右旋哨声模优先性及螺旋波放电方向性，并实现放电方向反转。
2023-10-30 physics.plasm-ph
Performance assessment of helicon wave heating and current drive in EXL-50 spherical torus plasmas
对EXL-50球环等离子体中螺旋波加热和电流驱动能力进行了分析。结果表明，当螺旋波频率在300~ 380 MHz之间时，驱动电流随入射平行折射率$n_{||}$的增大而增大，并在$n_{||} = 4.0$附近达到峰值。螺旋波电流驱动效率随着等离子体温度的升高呈现出相对稳定的上升趋势。此外，驱动电流随着等离子体密度的增加而减小。分析了150 MHz和170 MHz螺旋波的电流驱动，发现较低频率下的驱动电流低于较高频率下的驱动电流。驱动电流与$n_{||}$之间存在正比例关系。此外，随着$n_{||}$增加，驱动电流的分布变得更宽。最后，还研究了刮削层（SOL）区域对螺旋波电流驱动的影响。
2022-12-17 physics.plasm-ph
Coupling of RF Antennas to Large Volume Helicon Plasma
大体积螺旋等离子体源对于大规模半导体加工、高功率等离子体推进以及最近的聚变条件下的等离子体-材料相互作用特别感兴趣。本文研究了四种典型的射频天线与无限长、直径为$0.5$ ~m的螺旋等离子体的耦合，并在$13.56-70$ ~MHz范围内研究了其频率特性，为耦合优化提供了理论依据。结果表明，环形天线比半螺旋天线、Boswell天线和Nagoya III天线具有更高的功率吸收效率;对于低密度等离子体，径向抛物密度分布优于高斯密度分布，而对于高密度等离子体，径向抛物密度分布优于高斯密度分布。提高驱动频率会导致等离子体边缘附近的功率吸收，但总的功率吸收随频率的增加而增加。文中还给出了波磁场、波电场和扰动电流的微扰流图。该工作可为大体积高功率螺旋等离子体源的实验设计提供重要参考。
2018-11-29 physics.plasm-ph
Characterization of hydrogen plasma in a permanent ring magnet based helicon plasma source for negative ion source research
研制了单驱动负离子源实验装置HELEN-I，重点研究负氢离子的产生。在螺旋波加热的等离子体中，可以获得非常高的等离子体密度（$\sim10^{19} m^{-3}$），其中下游区域中的电子温度低至$\sim$ 1 eV。这些条件有利于负氢离子的产生。在IPR的HELEN-I设备中，螺旋等离子体是在由永久环形磁体产生的发散磁场中使用氢气产生的。将频率为13.56 MHz的800- 1000 W的RF功率（$P_{RF}$）施加到Nagoya-III天线以在等离子体中激发m = 1螺旋模式。等离子体被限制在一个多尖形场配置的膨胀室。在$P_{RF}$ 700 W附近观察到从电感耦合模到Helicon模的转变，其中等离子体密度$\sim 10^{18} m^{-3}$和电子温度$\sim$ 5 eV在驱动器中，$\sim$ 1 eV在膨胀体积中。采用基于$H_α/H_β$比值的光发射光谱（OES）诊断技术和基于激光光剥离的腔衰荡光谱（CRDS）诊断技术测量了膨胀室中的线积分负氢离子密度。负氢离子密度的测量值在6 mTorr压力下为$10^{16} m^{-3}$的量级，并且在螺旋模式下不随功率、压力和下游轴向磁场变化而显著变化。考虑负氢离子产生和破坏的不同反应速率，将负离子密度测量值与使用粒子平衡法计算的理论估计值进行比较。应注意，目前在等离子体放电中不注入铯（Cs）以增强$H^-$离子…
2018-11-29 physics.plasm-ph
Ion heating in the PISCES-RF liquid-cooled high-power, steady-state, helicon plasma device
通常使用射频（RF）驱动的螺旋等离子体源，因为它们能够以相对中等的功率（典型的RF功率< 2 kW）产生高密度氩等离子体（n > 10^19/m^3）。典型的电子温度< 10 eV，典型的离子温度< 0.6 eV。一个新设计的螺旋天线组件（同心，双层，完全液体冷却的RF透明窗口）在稳定状态下运行的RF功率高达10千瓦。我们报告的氩等离子体密度，电子温度和离子温度对射频功率的依赖性。在10 kW功率下，用激光诱导荧光法测量了氩等离子体中离子温度> 2 eV，这与简单的体积平均0-D功率平衡模型一致。1-D蒙特卡罗模拟的中性密度分布在这些等离子体条件下显示出强烈的中性耗尽附近的核心和预测中性温度远高于室温。在这种高功率螺旋源中产生的等离子体（当采用轻离子时）非常适合于聚变偏滤器等离子体-材料相互作用研究和中性束的负离子产生。
2020-12-30 physics.plasm-ph
The ion acoustic instability of the cylindrical inhomogeneous helicon discharge plasma with rotating electrons
本文建立了柱对称螺旋波产生的圆柱形等离子体微观不稳定性的动理学理论，揭示了电子角向稳态旋转新效应，推导了相关积分方程与色散方程，并得到高频离子声不稳定性的解析解。
2022-06-24 physics.plasm-ph
Density and Particle Sourcing Optimization in a Helicon Plasma Source Prototype For Wakefield Accelerator Applications
本文研究尾场加速器用螺旋波等离子体源的轴向密度均匀性优化，通过单/双天线与背景中性气体流动配置实验，发现无流动时均匀性提高一倍，最小轴向密度偏差达5%，并为进一步改进确立了方法。
2025-08-18 physics.plasm-ph
Exploration of Helicon Plasmas for Wakefield Accelerators at the Madison AWAKE Prototype
University of Wisconsin - Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文介绍了麦迪逊 AWAKE 原型装置，研究螺旋波等离子体作为尾场加速器等离子体源的可行性，揭示了放电方向、密度与流动方向的关系及壁面再循环供气机制，并提出了天线功率耦合优化方法。
2025-02-20 physics.plasm-ph
A rational design method for the Nagoya type-III antenna
本文针对螺旋波推进器中的名古屋III型天线，比较三种基于不同简化假设的设计方法，并用全波三维模拟验证，提出一种根据石英管尺寸和目标等离子体参数快速确定天线长度的理性设计方法。
2024-12-30 physics.plasm-ph
Hollow density formation in magnetically expanding helicon plasma
对螺旋等离子体装置的源室和膨胀室径向密度分布的测量表明，源室的径向密度分布始终是中心峰值，而在发散磁场附近的膨胀室中，密度分布在磁场的临界值以上变为中空。这个值对应于电子和离子都被磁化的值。温度分布总是在轴外达到峰值，并且在源室和膨胀室中的峰值位置处都发现了尾电子。由于梯度B漂移，尾电子在膨胀室中的方位角方向上的旋转产生更多的离轴电离，并产生中空密度分布;然而，如果离子没有被磁化，则额外的电离不会导致中空。
2018-02-20 physics.plasm-ph
The bump-on-tail instability excited by energetic electrons in helicon plasma
该研究采用 Berk-Breizman 模型分析螺旋波等离子体中高能电子激发的 BOT 不稳定性，揭示碰撞、高能驱动及等离子体旋转对饱和、能量交换和通量的影响。
2025-06-16 physics.plasm-ph
Helicon plasma in a magnetic shuttle
引入磁梭的定义，描述了由两个磁场方向相同、高镜比的磁镜串联而成的磁空间。螺旋等离子体浸没在这样的磁梭，可以提供带电粒子的约束使用电磁求解器建模。流矢量图给出了波场沿梭的垂直结构，从中面到尾喉有明显的变化，矢量场旋转并形成一个圆形层，将等离子体柱径向分成中心区和尾喉附近的边缘区。详细计算了驱动频率、等离子体密度和场强对波场和功率吸收的影响。结果表明，随着驱动频率的增加和场强的减小，等离子体的振幅和功率吸收减小，并在一定的等离子体密度附近达到最大值。轴向驻波特征总是存在的，由于前向波和反射波之间的干扰，从结束磁镜，而径向波场结构在很大程度上保持不变。波能量密度和功率吸收密度的分布都呈现出从中面到终端喉道的收缩特征，这与螺旋模沿场线传播的性质相一致。基于一个简单的磁梭和螺旋波的控制方程的理论分析表明，与计算结果和以前的研究一致。
2020-06-10 physics.plasm-ph
The role of second-order radial density gradient for helicon power absorption
为了揭示螺旋放电过程中高电离效率的神秘和仍然有争议的机制，这项工作特别侧重于二阶导数在径向密度分布中的作用，包括解析和数值计算。发现：（i）在从天线到等离子体的谐振功率吸收中起关键作用的径向局部势阱在二阶导数为零的地方局部化，（ii）对于正的二阶导数，功率吸收增加，对于负的二阶导数，功率吸收减小，并且在二阶导数变为零的地方最大化，（3）当二阶导数消失的径向位置向外移动时，等离子体中心附近的功率吸收减小，等离子体边缘附近的功率吸收增大，这也是Trivelpiece-Gould模压倒螺旋模的过程。这些发现对于需要一定功率分布或热流配置的螺旋等离子体应用是非常有趣的。G.材料处理，这可以通过调整二阶径向密度梯度的轮廓和过零位置来控制。
2019-03-12 physics.plasm-ph
Computational and Analytical Optimization of Helicon Antennas with a Fast Full Wave Solver Exploiting Azimuthal Fourier Decomposition
University of Wisconsin - Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出利用方位角傅里叶分解将三维螺旋波天线波场计算简化为少量二维轴对称模拟，在Comsol中高效计算800种参数组合，发现最佳天线长度与等离子体密度的关系，并给出可用于线性螺旋波装置功率耦合与密度优化的解析表达式。
2025-02-04 physics.plasm-ph
Three Dimensional Multiphysics Modelling of Helicon Wave Heating and Antenna Plasma Coupling for Boundary Density Control in Toroidal Fusion Plasmas
Institute of Plasma Physics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所）；Science Island Branch of Graduate, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学研究生院科学岛分院）；Fundamental Plasma Physics and Innovative Applications Laboratory, School of Electrical Engineering, Chongqing University（重庆大学电气工程学院基础等离子体物理与创新应用实验室）；Mathematical Sciences Institute, Australian National University（澳大利亚国立大学数学科学学院）；Department of Mathematics and Physics, University of South China（南华大学数学与物理学院）；School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数学学院）；College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院）
本研究通过三维多物理场建模，优化回旋波天线设计，显著提升等离子体边界密度控制效率。
2026-02-23 physics.plasm-ph
Analysis of a cusped helicon plasma thruster discharge
结合实验测量与混合PIC/流体模拟，研究尖峰磁场对紧凑型螺旋波等离子体推力器壁面损失、电子温度及性能的影响，并提出结构优化方向。
2023-07-18 physics.plasm-ph
RF Helicon Plasma Thruster for an Atmosphere-Breathing Electric Propulsion System (ABEP)
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Institute of Space Systems (IRS)（空间系统研究所）
研究用于极低地球轨道和极低火星轨道无推进剂连续轨道运行的大气呼吸电推进系统，通过系统分析、设计进气口、数值模拟确定关键参数并制造验证推进器，给出验证的进气口设计和高效非接触等离子体推进器。
2026-07-07 physics.plasm-ph
A birdcage resonant antenna for helicon wave generation in TORPEX
本文为 TORPEX 设计并验证鸟笼共振螺旋波天线，可在全环激发并维持螺旋波，也能独立产生等离子体，突破磁控管磁场范围限制。
2024-04-08 physics.plasm-ph
Understanding Carbon Sourcing and Transport Originating from the Helicon Antenna Surfaces During High-Power Helicon Discharge in DIII-D Tokamak
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究通过模拟揭示回旋天线在高功率放电中对碳侵蚀和核心杂质传输的影响，强调需改进天线设计与杂质传输模型以应对高Z第一壁材料的挑战。
2026-01-20 physics.plasm-ph
Revealing the transient ionization dynamics and mode-coupling mechanisms of helicon discharge through a self-consistent multiphysics model
Chongqing University（重庆大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Peking University（北京大学）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立罗蒙诺索夫大学）；Kyushu University（九州大学）；Chungnam National University（忠南国立大学）
通过自洽多物理模型揭示回旋放电的瞬态离子化动力学及模式耦合机制，为等离子体源设计与优化提供预测工具。
2025-12-26 physics.plasm-ph
A flowing plasma model to describe drift waves in a cylindrical helicon discharge
一个双流体模型最初开发描述波振荡的真空电弧离心机，圆柱形，快速旋转，低温和密闭的等离子体柱，适用于解释等离子体振荡的RF产生的线性磁化等离子体（WOMBAT），具有类似的密度和场强。与典型的离心等离子体相比，WOMBAT等离子体具有较慢的归一化旋转频率、较低的温度和较低的轴向速度。尽管存在这些差异，双流体模型提供了一致的描述WOMBAT等离子体配置和产量之间的定性协议测量和预测波振荡频率与轴向场强。此外，该模型预测的密度扰动的径向轮廓与数据是一致的。参数扫描表明，色散曲线对轴向场强和电子温度敏感，振荡频率与电子温度的关系与实验相符。这些结果巩固了早先的说法，密度和浮动电位振荡是一个电阻漂移模式，由密度梯度驱动。据我们所知，这是第一个详细的物理模型的流动等离子体在扩散区远离射频源。可能的扩展模型，包括温度不均匀性和磁场振荡，也进行了讨论。
2011-02-21 physics.plasm-ph
Wave propagation and power deposition in blue-core helicon plasma
结合最近的实验，计算了蓝芯螺旋等离子体中的波传播和功率沉积。研究发现，在蓝芯形成过程中，波电场的径向分布出现离轴峰值，该峰值的位置与实验中观察到的粒子输运势垒位置非常接近;波磁场的径向分布在蓝芯柱内部呈现出多个径向模，这与通过贝塞尔函数观测到的相干高$m$模一致。波场的轴向分布表明，一旦实现了蓝芯模式，波只能在形成的柱体内部传播，与外部相比具有不同的相位。波能分布在蓝芯柱边缘有明显的边界，并观察到周期性结构，其轴向周期性是蓝芯柱外的近2倍。蓝芯柱内部的色散关系表现出多模式，这是谐振腔在频率变化时选择不同模式的特征，而外部的色散关系随着频率的变化给出恒定的波数。功率沉积在径向上呈离轴分布，在轴向上呈周期性分布，且主要分布在蓝芯柱内部。基于阶跃函数理论和引入的蓝芯常数的分析提供了一致的结果。还探讨了蓝芯柱与光纤在电磁通信中的等效性，并启发了螺旋等离子体的新应用，这可能是目前工作中最有趣的发现之一。
2022-03-25 physics.plasm-ph
Power transport efficiency during O-X-B 2nd harmonic electron cyclotron heating in a helicon linear plasma device
本工作的主要目的是报告在将微波束（在28 GHz时< 70 kW）倾斜注入高功率（在13.56 MHz时约为100 kW）过密（n_e>1E10^19 m^（-3））氘螺旋等离子体柱的过程中，耦合到Proto-MPEX装置中的钨靶的功率。详细描述了实验装置、电子加热系统、电子加热方案和用于量化功率传输的红外热像诊断。结果表明，通过调节磁场分布可以有效地控制传输到靶的功率。使用这种方法，热通量高达22 MWm-2和功率传输效率在17-20%的范围内已实现使用70千瓦的微波功率。据观察，大部分的热通量被限制在一个狭窄的区域在等离子体的周边。光线追迹计算表明，功率耦合到等离子体电子通过O-X-B模式转换过程。计算表明，微波能量在等离子体外围通过碰撞被吸收，在过密区通过电子伯恩斯坦波的二次谐波回旋共振被吸收。这些结果的影响进行了讨论的背景下，MPEX。
2022-01-07 physics.plasm-ph
Plasma fibre using bright-core helicon plasma
Chongqing University（重庆大学）；Auburn University（奥本大学）
本文提出基于亮核 helicon 等离子体的“等离子体光纤”概念，通过理论与数值分析证明其在特定入射角下具备波导特性，并指出其在通信系统动态重构中的应用潜力。
2025-10-31 physics.optics physics.plasm-ph
Vector potential analysis of the helicon antenna in vacuum
螺旋天线是电力推进领域中的公知装置。在这里，我们研究了在真空中产生的矢量势这样的天线具有典型的尺寸参数。进行了静态和动态分析。在通常的工作频率和稍高的工作频率下进行动态计算。在较高的频率下，发现电磁能脉冲沿着圆柱轴在任一方向上传播。讨论了螺旋天线作为燃烧等离子体的射频注入装置的可能适应性。
2011-04-28 physics.plasm-ph
Real-time steerable frequency-stepped Doppler Backscattering (DBS) System for local helicon wave electric field measurements on the DIII-D tokamak
本研究开发了一套集成实时可控发射器的频率步进DBS系统，用于在DIII-D托卡马克中探测局部密度涨落，通过高频边带信号标记背景湍流，实现了对高功率helicon波电场幅度和功率分布的实时监测。
2024-10-16 physics.plasm-ph
First Demonstration of Resonant Pitch-Angle Scattering of Relativistic Electrons by Externally-Launched Helicon Waves
该研究首次实验证明外部发射的螺旋波通过回旋共振散射高能相对论电子，抑制其增长并降低最大能量，为聚变装置中缓解相对论电子危害提供了新途径。
2025-05-25 physics.plasm-ph
PISCES-RF: a liquid-cooled high-power steady-state helicon plasma device
射频（RF）驱动的螺旋等离子体源可以在氩气中以相对中等的功率（< 2 kW）产生相对高密度的等离子体（n > 10^19 m-3）。然而，为了产生类似的高密度等离子体用于聚变相关气体，例如氢、氘和氦，需要高得多的RF功率。对于非常高的RF功率，在RF源设计中使用的RF透明电介质窗口的热问题限制了等离子体操作时间尺度。为了缓解这一限制，我们设计，建造和测试了一种新型的液体冷却的RF窗口，允许在高功率（高达20千瓦）的稳态操作。去离子（DI）水，在两个同心的介电RF窗口之间流动，被用作冷却剂。我们表明，一个完整的方位角毯去离子水不会降低等离子体的生产。我们使用氩和氢都获得了稳态的高密度等离子体（n > 10^19 m-3，T_e ~ 5 eV）。通过对去离子水的量热法，我们测量了在稳态条件下由冷却剂去除的净热量。使用红外（IR）成像，我们计算恒定的等离子体热沉积和测量最终的稳态温度分布图案的陶瓷层的内表面上。我们发现，热沉积模式如下的螺旋形状的天线。我们还显示了由DI水吸收的热量之间的一致性，如通过量热法测量的，以及由于等离子体加热和吸收的RF的组合效应而导致的总热量。这些结果被用来回答关键工程问题的200千瓦射频设备（MPEX：材料等离子体暴露eXperiment）被设计在橡树岭国家实验室（ORNL）作为下一代等离子体材料相互作用（PMI）设备。
2020-12-30 physics.plasm-ph
Wave modelling in a cylindrical non-uniform helicon discharge
采用基于麦克斯韦方程组和冷等离子体介电张量的射频场求解器描述了圆柱形非均匀螺旋放电中观察到的波动现象。实验是在最近建成的线性等离子体-物质相互作用装置--磁化等离子体相互作用实验装置（MAGPIE）上进行的。D.布莱克威尔，J.F.卡内塞斯角Samuell，J. Wach，J. Howard，and C. S. Corr，2012年3月25日提交给Plasma Sources Science and Technology]，其中等离子体密度和静态磁场都是轴向位置的函数。从源到靶板的场强增加了15倍，等离子体密度和电子温度径向不均匀。与增强因子为9.5的电子-离子库仑碰撞频率，12%的天线半径减少，和相同的其他条件中所采用的实验中，求解器产生的轴向和径向轮廓的波的振幅和相位是一致的测量。离子声湍流，这可能会发生，如果电子漂移速度超过声速在磁化等离子体中，可能占9.5的因素，用于匹配模拟结果与实验数据。为了克服RF解算器的单m真空解的限制，其只能计算玻璃对天线的相同模式数的响应，我们调整了天线半径以匹配等离子体中的波场强度。(not由于字数有限，请看全文）
2012-05-16 physics.plasm-ph
Helicon waves in a converging-diverging magnetoplasma
研究在收敛-发散射频磁等离子体中实验表征m=0螺旋波，揭示其受几何引导并由局部共振、反射及类文丘里效应导致轴向振幅变化。
2024-01-21 physics.plasm-ph
RF Helicon-based Inductive Plasma Thruster (IPT) Design for an Atmosphere-Breathing Electric Propulsion system (ABEP)
载人航天飞行任务包括那些在非常低的高度，大气层是航天器的空气动力阻力的来源。为了延长这些任务的寿命，需要一个有效的推进系统。一种解决方案是大气呼吸电力推进（ABEP）。它收集大气中的微粒，用作电动推进器的推进剂。该系统将最大限度地减少对有限推进剂可用性的要求，也可应用于任何有大气层的行星，使新的任务能够在低海拔范围内进行更长时间的飞行。地球轨道上存在活性化学物质，如原子氧。这些物质导致（不仅是）推进系统部件的腐蚀，即传统EP系统的加速栅格、电极和放电通道。IRS正在DISCOVERER项目范围内为ABEP系统开发进气口和推进器。介绍了射频螺旋桨感应等离子体推力器（IPT）的设计与实现。本文特别涉及一种新的天线的设计和实现，称为鸟笼天线，一个众所周知的设备在磁共振成像（MRI），最近也用于基于螺旋波的等离子体源在聚变研究。IPT基于射频无电极操作，并辅以外部施加的静态磁场。IPT由天线、放电通道、可移动喷射器和螺线管组成。通过改变操作参数以及新颖的天线设计，目的是使RF电路中的损耗最小化，并加速准中性等离子体羽流。这也将通过在等离子体内形成螺旋波来辅助，螺旋波将提高整体效率并实现更高的排气速度。最后，设计的IPT与鸟笼天线的设计过程中，特别关注
2020-07-14 physics.plasm-ph
Spatial and temporal evolutions of blue-core helicon discharge driven by planar antenna with concentric rings
本研究在LEAD装置上探究带同心环平面天线驱动的蓝芯螺旋波放电时空演化，发现其密度跃变模式、空心蓝芯结构与旋转特性，通过双流体模型分析离心不稳定性机制，首次完成该类等离子体的详细表征。
2025-06-12 physics.plasm-ph
Full Helicon thruster modeling
本研究为货运空间任务设计新型 Helicon 等离子体推力器，建立 0 维全局模型并结合有限元电磁与静电粒子仿真，成功模拟出功率约 1 kW、推力约 10 mN、比冲超 1000 s 的次优推力器，为后续优化与原型测试奠定基础。
2024-07-31 physics.plasm-ph
First reduced model for integrated computations of helicon wave heating and current drive in magnetic fusion plasmas
Chongqing University（重庆大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of South China（南华大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
该研究针对磁聚变等离子体中螺旋波加热和电流驱动计算成本高的问题，提出保留主要平行电子朗道阻尼通道的简化模型，经多装置样本测试及校正，能高效计算并给出有效性范围解释，偏差小且可再现电流密度分布。
2026-07-15 physics.plasm-ph
A novel Doppler backscattering (DBS) system to simultaneously monitor radio frequency plasma fluctuations and low frequency turbulence
本文提出一种新型正交多普勒背散射系统，可在DIII-D等离子体中同时监测低频湍流与20-500MHz射频涨落，扩展DBS至高频谱域并保持湍流与流动测量能力。
2023-02-06 physics.plasm-ph
Gap eigenmode of radially localised helicon waves in a periodic structure
电磁解算器（EMS）[Chen等人，Phys.Plasmas，13，123507（2006）]被用来对哨声频率范围内的周期性结构中的光谱间隙和间隙本征模进行建模。考虑径向定域螺旋（RLH）模式[Breizman和Arefiev，Phys.Rev.Lett，84，3863（2000）]。我们表明，计算的间隙频率和间隙宽度与理论分析吻合良好，并找到一个离散的本征模内的间隙通过引入缺陷系统的周期性。带隙本征模的轴向波长接近于系统周期的两倍，这符合布拉格定律。这种本征模可以被高能电子激发，类似于托卡马克中高能离子对环形阿尔芬本征模（TAE）的激发。
2012-10-18 physics.plasm-ph
Exploration of novel ICP using helicon antennas with zero magnetic field
本研究探索了零磁场下利用螺旋天线实现高效电感耦合等离子体的新策略，发现环形天线和抛物线型密度分布能提升功率耦合效率，且13.56 MHz工业频率适用，为高效ICP源设计提供参考。
2025-09-11 physics.plasm-ph
Transition of blue-core helicon discharge
本文系统研究了蓝芯螺旋波放电的转变特性，通过实验诊断和电磁求解器计算揭示了转变过程中电子密度、温度、波场及不稳定性的变化规律，为理解其物理机制和实际应用提供了重要依据。
2025-08-27 physics.plasm-ph
Transitional evolution of the wave dispersion relation during helicon discharge ignition: an analytical theory from vacuum to steady operation
School of Electrical Engineering, Chongqing University（重庆大学电气工程学院）
本文建立了helicon放电点火时从真空到稳态的波色散关系过渡演化解析理论，揭示了helicon与TG波分支的分离特性及密度依赖规律。
2026-08-11 physics.plasm-ph
BORAY-3D: A ray tracing code for three-dimensional magnetized plasma configurations
Beijing VeloAlpha Technology Co., Ltd.（北京维奥拉科技有限公司）；National University of Defense Technology（国防科技大学）
BORAY-3D是整合宽频段覆盖、任意三维磁等离子体位形处理及完全相对论EC吸收的射线追踪代码，经多基准测试验证，可用于多种等离子体波相关研究。
2026-08-07 physics.plasm-ph
Wide-Aperture Dense Plasma Fluxes Production Based on ECR Discharge in a Single Solenoid Magnetic Field
本文介绍了在单线圈磁场中ECR放电作为射频和螺旋放电的替代方法产生大口径稠密等离子体通量的实验研究结果。证明了在该系统中获得大口径高密度氢等离子体通量横向均匀分布的可能性。讨论了利用该系统获得强流离子束的前景。
2019-12-10 physics.plasm-ph
First result on a laser-heated emissive probe
探针的浮动电势，发射足够高的电子电流，产生相当精确的等离子体电势近似值。这与传统的朗缪尔探针相比是一个优点，在传统的朗缪尔探针中，在确定电子温度Te之后，等离子体电势只能从公式Vpl = Vfl + aTe间接导出，其中a是电子与离子饱和电流之比的函数（在磁化氢等离子体中a约为2.4）。此外，如果等离子体中存在电子漂移或电子束，则发射探针也起作用。发射探头通常由W线的小的直接加热的环实现。这种设计的缺点是有限的寿命、W的低电子发射率和导线两端的电压降。我们研制了一种新型的发射探头，它是由红外大功率二极管激光器加热的，最大输出功率为50 W。探针由一个LaB6的小圆柱体组成。将探针插入VINETA螺旋放电等离子体的边缘区域。验证了发射探针的基本特性。
2004-10-22 physics.plasm-ph
Entangled two-photon absorption for the continuous generation of excited state populations in plasma
本研究提出利用纠缠双光子吸收技术，以低强度连续波激光在等离子体中连续驱动激发态布居，实现高带宽局部等离子体参数测量，并阐述了相关机制与验证计划。
2024-09-12 physics.plasm-ph quant-ph
RF Positive Ion Source with Solenoidal Magnetic Field
本文介绍了一种在螺线管磁场中射频放电的正离子源。本文综述了鞍形天线（螺旋放电）射频（SA RF）离子源中正离子的产生。在最近开发的具有螺线管天线的RF源中，H+离子产生的效率提高到2.9mA/kW。从7 mm发射孔径产生70 mA射束电流通常需要约24 kW的RF功率。该效率相对较低，因为在具有螺线管天线的RF放电中，当等离子体流仅在发射孔附近是必需的时，等离子体在线圈附近产生并且扩散到轴线，从而在放电室的所有截面中产生几乎均匀的等离子体密度分布。采用鞍形天线加螺线管磁场，显著提高了引出离子的产生效率。在鞍形天线的射频放电中，等离子体在轴附近产生，并且磁场抑制等离子体从轴扩散，从而在发射孔上产生峰值等离子体密度分布。与SA的等离子体中的正离子产生的效率已提高到~100 mA/cm 2每千瓦的RF功率在13.56 MHz。RF源的连续波（CW）操作已在小型ORNL SNS测试台上进行了测试。CW RF源的总体设计基于脉冲版本。提出了一种紧凑型离子源的设计方案。进行了一些修改，以改善冷却和简化设计。讨论了SA射频放电和离子产生的特点。
2018-08-08 physics.plasm-ph
Interaction of radio frequency waves with cylindrical density filaments -- scattering and radiation pressure
射频（RF）波在托卡马克装置中的传播会受到边缘等离子体中存在的边界结构的影响。波被反射、折射和衍射，导致加热和/或电流产生的效率降低。用全波解析理论研究了单根圆柱形灯丝对射频波（低杂波、螺旋波和离子回旋波）的散射。分析揭示了各种常见的散射功能之间的三种不同的RF波，可以推断通过检查冷等离子体色散关系。物理直觉在理解实验观察和复杂数值模拟的结果方面很有用。虽然灯丝可以影响RF波的传播，但是由波施加的辐射力可以影响灯丝。灯丝上的力是用麦克斯韦应力张量确定的。1905年，坡印廷第一个评估和测量了两种不同电介质分离界面上的辐射力。对于在真空中传播并入射到玻璃表面上的普通光，坡印廷指出，表面被“拉”向真空。在磁化冷等离子体中，存在两种独立的波模。即使这些模式中只有一个被RF天线激发，灯丝也会将功率耦合到另一个模式，这是边界条件的结果。散射的这个方面对辐射力的影响超出了坡印廷的开创性贡献。力的方向取决于入射波的偏振和灯丝内部和附近的波的模式结构。它可以将灯丝拉向RF源或将其推开。对于所有三种波，力足够大，可以影响细丝的运动，并且可以通过实验测量。可以使用RF波来修改边缘湍流。
2021-08-03 physics.plasm-ph
An Innovative Heterodyne Microwave Interferometer for Plasma Density Measurements on the Madison AWAKE Prototype
University of Wisconsin - Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出一种用于麦迪逊 AWAKE 原型装置的新型外差微波干涉仪，通过单微波源、上变频、椭圆镜聚焦和 FPGA 实时分析实现快速可重定位的高精度等离子体密度测量，线平均分辨率达 1.5·10¹⁷ m⁻³。
2025-03-14 physics.ins-det physics.plasm-ph
Power dependence of density limit due to plasma-wall interaction in a burning plasma
本研究基于等离子体-壁自组织模型建立密度极限的功率依赖标度，揭示溅射与粒子约束时间的关键作用，并将 PWSO 模型扩展以预测燃烧等离子体的进入条件。
2025-02-19 physics.plasm-ph
Bohm criterion of plasma sheaths away from asymptotic limit
鞘层入口处的等离子体出口流速受玻姆准则约束。所谓的玻姆速度调节等离子体粒子和功率排气通量的壁，它通常被部署作为一个边界条件，以排除鞘层区域中的准中性等离子体建模。在这里，玻姆标准分析是在中间等离子体制度远离以前已知的绝热定律的极限情况下和无穷小德拜长度在有限尺寸系统的渐近极限，使用各向异性等离子体的输运方程。由此产生的玻姆速度有明确的依赖于当地等离子体热通量，温度各向同性，和热力。与动力学模拟的比较表明，在等离子体鞘层过渡区的准中性弱扰动和玻姆判据适用的准确性。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Wave Breaking limit in Arbitrary Mass Ratio Warm Plasmas
在非相对论性条件下，得到了任意质量比热等离子体中非线性等离子体波的最大持续振幅，即所谓的破波极限。利用Sagdeev势的方法，导出了考虑两种有限温度粒子动力学的一般波破碎公式。结果表明，等离子体波的最大振幅随温度的升高而单调减小，随质量比的增大而略有增大。
2020-08-19 physics.plasm-ph
A comment on `Wave-breaking Limits for relativistic electrostatic waves in a one-dimensional warm plasma' Phys. Plasmas 13 123102 by R. M. G. M. Trines and P. A. Norreys
Trines和Norreys指出，他们研究暖波破碎的一个主要目标是“在暖流体模型的不同景观中创造某种秩序，并确定哪种模型最适合研究热等离子体中的波破碎。不幸的是，我们必须得出结论，他们混淆了比他们澄清的更多的东西，并且只是通过夸大或错误地陈述其好处，同时错误地描述替代性温流体理论的特征来推进水袋模型。
2007-07-03 physics.plasm-ph
A unified model of density limit in fusion plasmas
边缘密度的限制，统治轻杂质的辐射损失，建立了一个最小的圆柱形磁热平衡模型。对于欧姆托卡马克和反向场箍缩，极限与等离子体电流成线性关系，作为经验格林沃尔德极限。辅助加热增加了进一步的依赖性，缩放与0.4的权力，与L模式托卡马克实验。对于一个纯粹的外部加热配置的限制采取了一个类似Sudo的形式，主要取决于输入功率，并与最近的仿星器缩放兼容。
2016-09-26 physics.plasm-ph
Global limits on kinetic Alfvénon speed in quasineutral plasmas
研究了均匀磁场中准中性电子-离子和电子-正电子-离子等离子体中的大振幅动力学Alfvénon（精确Alfvén孤子）匹配条件.利用标准赝势方法，精确求解磁流体力学（MHD）方程组，导出了运动孤立波传播的全局允许匹配条件。值得注意的是，取决于等离子体参数，动力学孤子可以是亚阿尔夫文尼克或超阿尔夫文尼克，一般。进一步揭示了孤子速度的上限和下限与分数等离子体参数无关。此外，孤子的传播角相对于均匀磁场的传播角被发现在控制孤子匹配速度范围中起着根本性的作用。
2011-03-28 physics.plasm-ph
Field-Induced Degeneracy Regimes in Quantum Plasmas
结果表明，在电子轨道被量子化的简并磁化费米-狄拉克等离子体中，存在着不同的量子流体力学极限，其中非线性密度波表现出不同的行为。简并电子间的库仑相互作用对静电非线性波动力学的影响在基态朗道量子化或所谓的量子极限（$l=0$）下比在经典极限（$l=\infty$）下更为显著。在经典极限等离子体中，有效电子量子势与数密度和简并压力不同，与外加磁场无关，而在量子极限等离子体中，有效电子量子势强烈依赖于磁场强度.目前的研究结果在任意高磁化天体物理和实验室致密等离子体中的波动动力学研究中同样重要。
2012-08-25 physics.plasm-ph
Physical limitations in ferromagnetic inductively coupled plasma sources
铁磁感应耦合等离子体（FICP）源是普通感应耦合等离子体源的一种形式，其具有许多众所周知的优点，例如高效率、高电离水平、低的最小气压、非常低的所需驱动器频率，甚至可以由单个电流脉冲驱动。我们对这种FICP源进行了实验研究，结果表明，驱动脉冲功率超过一定值时，该器件的特性会发生相当大的变化。也就是说，等离子体变得不稳定和不均匀相反的固定和均匀的等离子体典型的这种等离子体源。在这种情况下，等离子体呈现为窄的密集尖峰，其与驱动脉冲相比是短的。局域等离子体密度可以超过中性原子密度几个数量级。当这种情况发生时，与没有等离子体尖峰的普通情况相比，脉冲结束后的余辉等离子体衰减时间很长。实验是用各种气体和在广泛的压力范围内进行的，这使我们能够理解物理机制，并推导出负责这种等离子体行为的参数。这种现象的定性模型进行了讨论。
2012-11-24 physics.plasm-ph
