Glow-to-arc transition in graphite cathode with high-current magnetron discharge
本研究通过超功率脉冲磁控管放电，探究石墨阴极辉光-电弧转变机制，发现阴极亮点形成是电弧转变的前兆，为优化磁控管放电稳定性提供参考。
2025-01-22 physics.plasm-ph
Effect of limiting the cathode surface on direct current microhollow cathode discharge in helium
本文介绍了如何点燃几个微放电并联，而不必单独镇流器每一个。微空心阴极放电的V-I曲线的特征在于正常辉光状态下的恒定电压，因为等离子体能够在阴极表面区域上扩散以提供所需的额外次级电子。如果限制阴极表面积，则V-I特性可能被迫进入异常辉光状态，其中工作电压必须随电流增加。然后，可以点亮并联安装的几个微放电，而无需单独镇流它们。
2019-11-27 physics.plasm-ph
Chaotic to ordered state transition of cathode-sheath instabilities in DC glow discharge plasmas
在圆柱形直流辉光放电等离子体放电的初始阶段，观察到了从混沌态到有序态的转变。最初它显示出混沌行为，但是增加放电电压改变了放电辉光的特性，并且显示出7阶周期$\to$ 5周期$\to$ 3周期$\to$ 1周期的周期减法，即系统通过奇周期减法进入单模。在进一步增加放电电压时，系统经历倍周期，如1周期$\to$ 2周期$\to$ 4周期。在进一步增加电压时，系统进入稳定状态而没有任何振荡。
2006-11-14 nlin.CD physics.plasm-ph
A Sheath Collision Model with Thermionic Electron Emission and the Schottky Correction Factor for Work Function of Wall Material
本文提出了一个模型，扩展了Godyak的碰撞鞘模型的情况下，热电极（阳极或阴极）与电子发射电子发射。在模型中，假设电极由难熔金属制成，因此，电极的侵蚀很小，可以忽略不计。在双温热等离子体模型的框架下，该模型可以自洽地计算鞘层电位降、壁面材料功函数的肖特基修正因子、等离子体电子流密度以及带电粒子从等离子体到壁面的热通量。将该模型应用于氩气中钨阴极的阴极斑。结果表明，肖氏校正因子在模拟高强度电弧中起着至关重要的作用。结果表明，当阴极电流密度足够小时，在4785 K的阴极表面温度下，大气压氩等离子体中可以形成虚阴极。计算了由带电粒子到等离子体阴极的热通量和由等离子体电子到等离子体的热通量。该模型可简化为冷壁情况，其中电子电子发射和壁面侵蚀过程较小，可以忽略不计。用该模型计算的鞘层电位降和热通量可作为电势的壁面边界条件和电子和重粒子（离子和中性粒子）能量方程的边界条件。
2015-11-13 physics.plasm-ph
Alternative Model of Space-Charge Limited Thermionic Current Flow Through a Plasma
人们普遍认为，通过等离子体的电子电流受到“空间电荷限制”（SCL）阴极鞘层的限制，该阴极鞘层消耗热阴极的负偏压并将上游离子加速到阴极中。在这里，我们制定了一个根本不同的限流模式。在“反向”模式中，两个电极的电势都高于等离子体电势，使得等离子体离子被限制。偏压被阳极鞘层消耗。在中性等离子体区域中没有来自电阻率或预鞘的电势梯度。反向阴极鞘层将一些热电子拉回到阴极，从而限制电路电流。进入零场等离子体区域的经历碰撞的热电子也可以被发送回阴极，从而进一步衰减电路电流。在平面几何中，等离子体密度被示出为在电极间隙上线性变化。建立了一个连续动力学平面等离子体二极管的模拟模型，比较了经典、常规SCL和反阴极鞘层的电流模特性。SCL模式仅在虚阴极的势阱中关闭电荷交换碰撞以防止离子捕获时才存在。在碰撞的情况下，限流平衡必须是逆的。因此，在依赖于热阴极的许多等离子体装置中应该存在或可能存在反向操作模式。从过去的实验证据进行了讨论。反向模式可以提供机会，以最大限度地减少溅射和功耗，这是以前没有探索由于SCL鞘的共同假设。
2018-04-23 physics.plasm-ph
Birth-Potential Multigroup Fluid Model for Ballistic Electrons: Breakdown and Cathode Sheath Regimes
University of Arizona（亚利桑那大学）
针对电子逃逸主导的放电，提出基于出生势的弹道电子多群流体模型，以少量群实现近动力学精度，准确重现帕邢曲线左支和阴极鞘层电流-电压特性。
2026-10-02 physics.plasm-ph
Application of classical models to high resolution electric field strength falls in a hydrogen glow-discharge
本文介绍了两个经典模型的应用进行高分辨率的电场测量空心阴极放电在纯氢等离子体中操作。电场的测定是通过氢的2S能级的斯塔克位移和分裂，然后通过光电流检测来完成的。两个经典的模型，Rickards的和Wro{\displaystyle Wro}ski的，被施加到这些测量的目的是获得第一次估计的放电动态。所选择的模型提供了一个想法的离子运动，它们的能量和它们的平均自由程在阴极下降区域，以及电场强度行为取决于放电特性。
2020-09-11 physics.plasm-ph
Investigation of glow discharge plasma energy distribution using a gridded energy analyzer considering plasma-facing materials related processes
Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）
本研究通过格栅能量分析仪研究直流等离子体放电中离子的能量分布，发现不同离子组处于局部热平衡状态。
2025-11-29 physics.plasm-ph
Continuous wavelet transform based time-scale and multi-fractal analysis of the nonlinear oscillations in a hollow cathode glow discharge plasma
对空心阴极辉光放电等离子体中与阳极辉光相关的非线性浮动电位波动进行了基于连续小波变换的时间尺度和多重分形分析。连续小波变换已被用来获得等高线和山脊图。从起伏的轮廓线中检测到尺度偏移（或逆频率偏移），这是一种典型的非线性行为。从脊图，我们已经确定了存在的非线性和程度的混乱。利用小波变换模极大值技术，我们得到了多重分形谱的波动在不同的放电电压和频谱被观察到成为一个单分形周期信号。这些多重分形谱也被用来估计不同的数量，如相关性和分形维数，多重分形度和复杂性参数。这些估计已被发现是一致的非线性时间序列分析。
2009-09-12 nlin.CD physics.data-an physics.plasm-ph
Validation and benchmarking of two particle-in-cell codes for a glow discharge
两个粒子在细胞的代码EDIPIC和LSP的基准和验证的平行板辉光放电在氦气中，其中的轴向电场已仔细测量，主要是调查和提高其碰撞模型的保真度。在这种情况下，电子碰撞电离的散射各向异性，以及二次电子发射产额的值，是不为人所知的。发射产率的实验不确定性对应于阴极电流的两个变化的因素。如果调整发射产额，使每个程序计算的阴极电流与实验值相匹配，则计算的电场彼此非常一致，并且在实验值的10%以内。两个程序都再现了实验中所看到的阴极下降宽度随外加电压的非单调变化。负辉光中的电子温度在两个代码的实验误差范围内，但慢捕获电子的密度被低估了。一个更详细的代码比较几个合成的情况下，电子束注入到氦气中显示，代码是非常好的协议电离率，以及弹性和激发碰撞各向同性散射图案。两个代码之间的其余显着差异是由于其电子二进制碰撞模型的差异，以及由于弹性和激发碰撞的各向异性散射。
2017-11-29 physics.plasm-ph
Non-linear macro evolution of a dc driven micro atmospheric glow discharge
研究了微氩气射流与静止水体之间产生的微大气辉光放电的宏观演化过程。微放电的行为类似于一个复杂的生态系统。与水作阳极时的微放电不同，水作阴极时的微放电具有非线性特性。采用增强型电荷耦合器件，通过控制曝光时间，对不同放电电流下的微放电进行了多组快照，每组快照由256幅连续拍摄的图像组成。边缘检测方法用于识别水面，然后通过将微放电区域上的信号计数相加来定义总亮度。不同放电电流下的水面运动表明，当水作为阴极时，水面下降的速度越来越快。相反，当水表现为阳极时，水面以恒定速度下降。光变曲线类似于逻辑增长曲线，表明微放电过程中存在自抑制过程。同时，当水作为阳极时，总亮度在相同的时间内线性增加。放电-水的相互作用导致微放电的发展。当水作为阴极和阳极时，微放电的不同行为可能与带电粒子弹过程有关。
2015-10-15 physics.plasm-ph
Experimental study and simulation of a micro-discharge with limited cathode area
我们在本文中报告的模拟结果和实验测量，以表征在一个单一的微腔装置在氦气中工作产生的微放电。通过空间限制的阴极表面积使用的介电层，我们证明了微放电的能力，工作在一个稳定状态的异常辉光制度。该政权的物理性质进行了讨论。
2016-04-29 physics.plasm-ph
Particle dynamics in deposition of porous films with a pulsed radio-frequency atmospheric pressure glow discharge
在等离子体中生长的纳米颗粒被用来可视化在脉冲射频（rf）大气压辉光放电中的薄膜沉积过程。调制等离子体使得成功制备多孔TiO2薄膜成为可能。我们研究了在等离子体阶段的鞘层中的粒子的捕获，并将其与数值模拟进行比较。在等离子体关断阶段，粒子被残余离子产生的电场驱动到基底上，导致多孔TiO 2膜的形成。使用视频显微镜，在最基本的“动力学”水平上揭示了整个过程中粒子的集体动力学。
2019-03-22 physics.plasm-ph
Doubly Forced Anharmonic Oscillator Model for Floating Potential Fluctuations in DC Glow Discharge Plasma
本文用一个具有两个强迫项的非简谐振子来模拟直流辉光放电等离子体中的浮地电位涨落。在放电系统中，其中一个电极被偏置到负电压源（即阴极），第二个电极被偏置到正电压源（即阳极），而不锈钢真空室接地。直流辉光放电等离子体是通过在阴极上施加相对于接地腔室的负电压而产生的。当使用第二电源向阳极施加正电压时，导致在实现触发标准时形成电势结构。这种电位结构被称为阳极双电层（ADL）。ADL的发展与FPF有关。因此，FPF分析来表征ADL的动力学特征。在这项工作中，实验观察到的FPF数值获得的振荡相比，使用非谐振子模型与两个强迫项。这些强迫项中的每一个都与实验中使用的两个电源相关联。利用相空间图、FFT、最大李雅普诺夫指数（LLE）等方法研究了实验和数值模拟得到的振荡现象。由该模型得到的振荡动力学特征与实验结果吻合较好，并可推广用于描述由多个力驱动的复杂系统。
2021-02-27 physics.plasm-ph
Influence of nitrogen impurities on an electron-excited helium atoms concentration in the self-sustained normal dc glow discharge at atmospheric pressure
研究了大气压下氮杂质对自持正常直流辉光放电参数的影响。在大气压辉光放电中，测量了氦（99.98%He）和含氮氦中低激发态氦原子2_1s、2_1p、2_3s和2_3p的浓度。结果表明，在氦气中加入氮气（小于5%），会导致极间电压和气体温度的增加。与此同时，即使在0.5%的氮混合物中，阴极区低激发态氦原子的浓度也会急剧降低。
2004-11-03 physics.plasm-ph
Dependence of the transition from Townsend to glow discharge on secondary emission
在最近的一篇论文中，Sijacic和Ebert系统地研究了从Townsend到辉光放电的转变，继承了从von Engel（1934）到Raizer（1991）的较早的工作，他们指出了阴极的二次发射$γ$的强烈依赖性。我们在这里表明，早期的结果冯恩格尔和雷泽的小电流展开的汤森极限实际上是小$γ$的新的表达式的限制，并为较大的$γ$的旧的和新的结果变化不超过一个因素2。我们讨论了$γ$ -依赖的过渡，这是相当强的短间隙。
2004-03-02 physics.plasm-ph
Spatial dynamics of helium metastables in sheath or bulk dominated rf micro-plasma jets
利用可调谐半导体激光吸收光谱技术测量了大气压射频微等离子体射流中氦-氦亚稳原子的空间分辨浓度。推导了不同电极间距下亚稳原子在电极间体积中的空间分布。密度分布揭示了鞘层结构，并反映了等离子体激发分布，以及α模式放电的主导地位。间隙宽度的变化表明，从正常的辉光等离子体的纯鞘放电的过渡。为了分析和验证亚稳原子的实验观测轮廓，建立了二维模拟模型。应用一个适当的He/N2/O2化学模型之间的关联的亚稳配置文件和潜在的激发机制得到。
2011-09-09 physics.plasm-ph
Interaction of Biased Electrodes and Plasmas: Sheaths, Double Layers and Fireballs
偏置电极是等离子体源和诊断的常见组件。等离子体-电极相互作用由中间鞘层结构介导，该鞘层结构影响接触电极表面的电子和离子的性质，以及电极如何影响本体等离子体的性质。已经观察到了丰富多样的鞘层结构，包括离子鞘层、电子鞘层、双鞘层、双层、阳极辉光和火球。这些代表了复杂的自组织响应的等离子体，不仅取决于电极的局部影响，但也对等离子体的全局属性和其他边界，它是在接触。这篇综述总结了最近的进展，在理解的条件下，每种类型的鞘的形式，什么基本的稳定性标准和稳态性能的每一个，以及在其中每一个可以影响等离子体边界相互作用和散装等离子体特性。这些结果可能是感兴趣的一些应用领域，其中使用偏置电极，包括诊断，材料的等离子体改性，等离子体源，电推进，以及等离子体与空间物体的相互作用。
2019-11-15 physics.plasm-ph
Bifurcations in the theory of current transfer to cathodes of dc discharges and observations of transitions between different modes
本文分析了直流气体放电电极上不同斑图之间的跃迁及其与稳态解分叉的关系。在电弧放电的阴极的情况下，它示出的电流传输的不同模式之间的任何过渡有关的稳态解的分叉。特别是，在实验中经常观察到的轴对称阴极上的扩散和斑点模式之间的过渡，代表了稳定状态的解决方案的干草叉或折叠分叉的存在的指示。直流辉光微放电的阴极上的过渡的实验观察进行了分析，并确定了那些潜在的稳态解的分叉。相关的分叉进行了研究数值计算和模式被发现符合在相应的过渡过程中观察到的实验。
2018-02-25 physics.plasm-ph
Field Electron Emission Induced Glow Discharge in Nanodiamond Vacuum Diode
本信扩展了固态场发射器件自感加热的先前发现。已经发现，利用富含石墨的多晶金刚石作为阴极材料的真空二极管（基础压力$\sim10^{-9}$ Torr）可以在没有任何外部扰动的情况下从二极管状态切换到电阻器状态，再切换到辉光放电等离子体状态，即，所有转变都是自诱导的。结合原位场发射显微镜和非原位电子显微镜和拉曼光谱的结果表明，二极管的纳米金刚石阴极加热到约3000 K，这导致自诱导材料蒸发，电离，并最终形成微等离子体。我们的研究结果证实，场致发射，通常称为冷发射，是一个非常复杂的现象，可以导致严重的热负荷。热负荷和材料逃逸是导致真空二极管退化的主要因素，即开启场逐渐增大，场增强因子逐渐减小，最终失效。
2018-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
3D modelling of self-organized patterns of spots on anodes of DC glow discharge
本文自洽地模拟了圆柱形辉光放电管中金属阳极上斑点的自组织斑图。一个标准模型的辉光放电，包括保存和传输方程的一个单一的物种的离子和电子，写与使用的漂移扩散和局部场近似，和泊松方程。计算域是从阳极到放电柱的区域;仅考虑近阳极区域中的过程。多个解决方案，存在于相同的范围内的放电电流和描述模式，有和没有阳极斑点，计算通过一个固定的求解器。计算的斑点表现出意外的行为。发现在每个斑点的中间的局部阳极电流密度的反转，即在斑点内部形成微型阴极。这些解不符合非线性耗散系统中自组织的传统模式，例如，模式不通过分叉连接。
2018-02-26 physics.plasm-ph
Mechanism behind self-sustained oscillations in direct current glow discharges and dusty plasmas
本文对直流辉光放电中离子自持振荡的机理作了另一种解释。这样的描述是区别于流体模型，其中振荡归因于正反馈机制与粒子的光电离和电子从阴极的光电发射相关联提供的一个。在这里，振荡是由于离子和由其在边界电极处感应的表面电荷之间的相互作用而产生的。这一机理为直流辉光放电中电压-电流特性曲线的负阻区出现自持振荡提供了一个合理的解释。此外，这种替代性的描述为实验室等离子体中等离子体火球的形成提供了一个优雅的解释。已经发现，振荡频率随离子的表面电荷密度而增加，但其速率明显慢于其随电场而增加的速率。该机制还描述了尘埃等离子体中离子的自持振荡，这表明尘埃等离子体和直流辉光放电中的自持振荡涉及共同的物理过程。
2013-04-09 physics.plasm-ph
Electron Groups in Solar Wind and Gas Discharge Plasmas
电子团的形成是气体放电和空间等离子体中普遍存在的现象。我们描述了太阳风，阴极区域的辉光放电，和磁喷嘴的电子动力学之间的相似性。指出了磁化电子绝热聚焦与中性粒子逃逸行星大气的球形几何效应之间的显著相似性。本文利用电子动力学求解器耦合泊松方程对辉光放电和太阳风等离子体阴极区的电子群进行了自洽模拟。
2020-01-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Melting transition of two-dimensional complex plasma crystal in the DC glow discharge
自洽尘埃晶体的形成及其熔化是射频等离子体中的一个众所周知的现象，但在直流辉光放电等离子体中仍然具有挑战性。在这里，我们报告的二维尘埃等离子体晶体的熔化，悬浮在阴极鞘层的直流辉光放电等离子体。实验在$Π-$形状的粉尘等离子体实验（DPEx）装置中进行，其中在氩等离子体背景中的限制条之间形成三聚氰胺甲醛颗粒的固定晶体。当中性压力降低时，稳定结构被破坏，变为流体状态。甚至在很低的压力下达到气体状态。中性压力范围内观察到这种熔化转变是一个数量级小于射频放电等离子体中报道的。通过评估不同特征参数的变化，如对关联函数，Voronoi图，局部键级，缺陷分数和尘埃温度作为背景中性压力的函数，确认了过渡。这种转变归因于有效粒子温度的增加，我们认为这是由于电荷波动和离子流的增加而发生的。该装置的特殊功能，有助于尘埃晶体的形成和它的熔化在直流辉光放电，可以实现研究与尘埃晶体在直流辉光放电等离子体装置中的各种现象。
2020-04-30 physics.plasm-ph
Spatiotemporal profile of emission from oscillating dc micro discharges
平行板氩气直流微放电中的轴向光分布表现出与大尺度放电相似的行为。在小电流Townsend模式和大电流辉光模式之间存在一个大的电流区域，在该区域中出现不同的振荡，并且动态伏安特性表现出滞后行为。在振荡期间，最大峰值强度移动到更靠近阴极，这是异常辉光区的特征，即使平均电流相当小。
2011-05-19 physics.plasm-ph
Electron Density Depletion in Reentry Plasma Flows Using Pulsed Electric Fields
University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究利用脉冲电场减少再入等离子体流中的电子密度，通过模拟展示电场对等离子体鞘的影响，从而降低信号衰减，提升通信性能。
2026-03-11 physics.plasm-ph
Determination of positive anode sheath in anodic carbon arc for synthesis of nanomaterials
在大气压阳极碳弧中，阳极的烧蚀用作用于生产纳米材料的碳的原料。已知石墨阳极在该电弧中的烧蚀可以具有两种不同的模式，具有低烧蚀速率和高烧蚀速率。这些模式之间的过渡是由在电弧附着到阳极的功率沉积，并取决于阳极和阴极电极之间的间隙。探针测量结合光学发射光谱（OES）被用来分析电弧电极之间的电压降。这些测量结果证实了以前的预测，一个积极的阳极鞘（即电子吸引鞘）在这个电弧，出现在低和高烧蚀模式。另一个关键的结果是一个相对较低的电子温度（~ 0.6 eV）从OES使用碰撞辐射模型。该结果部分解释了维持50-70 A的电弧电流所需的电弧电压（~ 20 V）比该放电的现有模拟所预测的更高。
2021-09-20 physics.plasm-ph
Transition from Townsend to glow discharge: subcritical, mixed or supercritical
在一维经典模型下，数值模拟了Townsend到辉光放电的全参数空间：电子和正离子在局域电场中漂移，电子碰撞电离（$α$过程），阴极次级电子发射（$γ$过程）和空间电荷效应.我们还进行了一个系统的分析小电流展开的汤森极限的三阶的总电流，适合我们的数值数据非常好。根据$γ$和系统尺寸pd，从汤森到辉光放电的过渡可以显示教科书上的亚临界行为，但对于较小的pd值，我们也发现超临界或一些中间的“混合”行为。特别是分析奠定了基础，了解复杂的时空模式在平面阻挡放电系统。
2003-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Propagation characteristics of dust$-$acoustic waves in presence of a floating cylindrical object in the DC discharge plasma
研究了$-$自激尘埃声波的实验观测及其在有、无漂浮圆柱体时的传播特性。实验是在直流辉光放电尘埃等离子体中进行的。尘埃粒子悬浮在等离子体与阴极鞘层的界面处。在尘埃介质中自发激发的DAW，并发现在较低的压力下，在阈值放电电流以上的离子漂移的方向（沿重力）传播。这种低频波的激发是尘埃云中离子-尘埃流不稳定性的结果。当存在一个半径大于尘埃德拜长度的漂浮圆柱体时，传播的尘埃声波的特性得到了改变。而不是在垂直方向上传播，发现在存在的浮动对象（保持垂直或水平）的DW斜向传播。此外，水平排列的漂浮物在鞘层区域的锥形尘埃云中形成波浪结构。的变化的传播特性的DAWs解释的基础上修改的电位（或电场）分布，这是一个后果的耦合鞘周围的圆柱形物体和阴极。
2016-05-03 physics.plasm-ph
Two-dimensional PIC-MCC simulations of capacitively coupled radio-frequency discharge in methane
采用PIC-MCC方法模拟了甲烷气体中二维电容耦合射频放电。在50-300 mTorr的压力范围和40-180 V的电压范围内，放电频率为13.56 MHz时获得了结果。电子能量和电子-甲烷反应速率的空间分布表明存在两种放电辉光状态：a）具有活性鞘层，当电子在电极鞘层中是热的而在放电中间是冷的时，因此电子-中性反应强烈地主导鞘层区域; b）具有体积支配，当电子能量更均匀并且反应在所有放电体积中发生时。第二种状态通常在低电压下观察到，随着电压的增加，第二种状态转向第一种状态。此外，还对甲烷等离子体中的化学反应进行了模拟，得到了放电体积内气体混合物的组成。计算结果与已知的实验数据一致。
2004-06-10 physics.plasm-ph
New Plasma Sheath Potential Solutions in Cylindrical and Spherical Coordinates
针对现有一维热电子冷却模型无法捕捉前缘曲率影响的问题，拓展Takamura方法推导了多坐标系下等离子体鞘层电位的形成条件与参数空间，为更真实几何的热电子发射分析提供高效高保真手段。
2025-02-23 physics.plasm-ph
Spatially-resolved methane decomposition in a short glow discharge: insights into suprathermal hydrogen and radical chemistry
Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University（普林斯顿等离子体物理实验室，普林斯顿大学）
本研究通过空间分辨诊断揭示短辉光放电中甲烷解离与聚合的分离区域，并识别出超热氢原子及其对化学活化的贡献。
2026-09-15 physics.chem-ph physics.plasm-ph
Planar He plasma jet: plasma bullets formation, 2D bullets concept and imaging
基于介质阻挡放电（DBD）的大气压等离子体射流的应用通常受到由于其一维配置而导致的相对小的处理区域的限制。这封信描述的第一个结果表明，2D等离子体子弹和2D等离子体射流允许快速治疗大目标的产生。脉冲DBD在He和电离波沿电介质表面传播的成像表明，DBD的演变开始与形成的瞬态阳极辉光，然后才继续与阴极导向流光的发展。阳极辉光可以作为电离波沿着放电间隙外部的电介质表面传播。我们表明，等离子体子弹传播不限于一维几何形状（管），并可以组织在一个平面等离子体射流的形式，或其他2D（甚至3D）的形状。
2018-06-12 physics.plasm-ph
Direct current parallel microdischarges in helium
平行微空心阴极放电的特点是通过电气和光谱研究，并通过使用ICCD相机。V-I曲线在Townsend和正常辉光区之间存在一个滞后循环。对于Id =4- 10 mA，气体温度范围在300-500{ \textdegree }C之间。当孔的直径减小时，需要更大的放电电压。
2021-12-10 physics.plasm-ph
Integral equation for source of ionization in hollow cathode
为了模拟空心阴极结构中的钟摆效应对电流-电压特性的影响，提出了考虑两个平行平面阴极和中间一个平面阳极的一维空间结构中的平面辉光放电。考虑到阳极对于快速电离电子是透明的还是不透明的，可以打开或关闭钟摆效应。本文从定态电离电子动力学方程出发，导出了电离源的积分方程。该方程可以用作场方程的自洽问题的一个组成部分，以计算电流-电压特性，并显示它在两种情况下如何变化-存在或不存在阳极透明度。
2009-02-19 physics.ins-det physics.plasm-ph
Axial light emission and Ar metastable densities in a parallel plate dc micro discharge in steady state and transient regimes
本文用快速ICCD相机时间分辨成像法研究了平行板直流微放电（原料气：氩气，放电间隙d= 1 mm，气压p= 10 Torr）中的轴向发射分布。此外，伏安（V-A）特性记录和Ar* 亚稳密度测量可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）。稳态状态下的轴向发射轮廓与标准尺寸放电（d=1cm，p= 1 Torr）中的相应轮廓相似。对于某些放电条件下，弛豫振荡存在时，微放电之间的小电流汤森德模式和正常辉光周期性切换。同时，轴向发射轮廓显示瞬态行为，从阳极处的峰值分布开始，在正常辉光期间逐渐向阴极移动。氩亚稳密度的发展与振荡放电电流高度相关。在低电流汤森德模式（T= 320- 400 K）和高电流辉光模式（T=469- 526 K）的气体温度被确定为作为放电电流的函数的记录的光谱轮廓的加宽。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Analytic model for sheath-plasma resonance in inverted fireballs
本文提出倒置火球中鞘层等离子体共振的解析模型，发现唯一非零频率模式并捕获声学涨落，与实验驻波现象吻合。
2024-11-08 physics.plasm-ph
Formation mechanism of the rotating spoke in partially magnetized plasmas
旋转辐条通常发生在部分磁化的等离子体装置中。本文采用二维径向-方位角粒子模拟/Monte Carlo方法研究了磁增强空心阴极弧放电中m=1旋转轮辐模形成的驱动机制。我们发现，形成的轮辐电位驼峰区域可以解释为由于低杂波型不稳定性演变到长波长区的正阳极鞘崩溃的结果。结果表明，在非中性阳极鞘层中的初始短波长不稳定性经历了一系列的大尺度模式的过渡。在低混杂不稳定性的双流体线性理论中考虑了鞘层非中性对不稳定性的影响。在线性阶段和非线性演化的理论预测的不稳定模式是在粒子模拟中开发的起伏模式符合得很好。
2022-02-14 physics.plasm-ph
A self-consistent hybrid model of kinetic striations in low-current Argon discharges
建立了惰性气体小电流直流放电中静止和运动条纹的自洽混合模型。本文在碰撞等离子体中电子的非定域Fokker-Planck动力学方程中引入了相空间中表面扩散的概念。在与原子的非弹性碰撞中，电子在能量跳跃之间沿着总能量恒定的表面扩散。用两种方法得到了1d 1u电子动力学方程的数值解，并与离子输运和泊松方程相耦合。采用两能级激发-电离模型和全化学模型（包括分步电离和Penning电离），研究了低电流下Townsend和氩气中辉光放电中条纹形成的动力学过程。Townsend和辉光放电在低电流下出现直立条纹。当电流超过临界值时，在辉光放电中获得了移动的条纹。它们起源于阳极并向阴极传播。我们用二能级和全化学模型得到了两种类型的运动条纹，它们类似于实验中观察到的s和p条纹。模拟结果表明，阳极区的过程可以控制正柱等离子体中的运动条纹。所开发的模型有助于澄清在低放电电流和低气体压力下的惰性气体直流放电中的静止和移动条纹的性质。
2022-01-14 physics.plasm-ph
Validated two-dimensional modeling of short carbon arcs: anode and cathode spots
为了研究短碳弧的特性，将自洽模型应用到CFD程序ANSYS-CFX中。该模型处理的热和电流在等离子体和电极中的耦合方式的传输，并占在腔室中的气体对流。模拟了电极表面的多个过程，包括空间电荷限制鞘层的形成、碳的烧蚀和沉积、辐射和电子的发射和吸收。模拟结果表明，电弧在阴极和阳极前表面附近收缩，导致电极斑点的形成。阴极斑点是一种众所周知的现象，其形成机制在其他地方也有报道。然而，在这项工作中发现的阳极斑点的形成机制之前没有报道。我们的结论是，斑点的形成是不相关的等离子体不稳定性，因为通常认为在收缩的放电列的情况下，而是发生由于在阳极的热平衡的高度非线性性质。我们还证明了这一属性与减少阳极传热模型。我们还表明，斑点的大小增加与电弧电流。在我们的实验中也证实了这种阳极斑点行为。由于阳极斑点的形成，在阳极附近出现大的碳气体密度梯度，这驱使一部分烧蚀的碳回到阳极的周边。因此，这可以降低总消融率。模拟结果还表明，电弧可以达到局部化学平衡（LCE）状态的柱区域，而局部热平衡（LTE）状态是不典型的实验条件下实现。这表明，在短碳弧的模拟中，考虑不同的电子和气体温度是很重要的。
2020-08-12 physics.plasm-ph
Generation of anomalously energetic suprathermal electrons by an electron beam interacting with a nonuniform plasma
在阴极电子发射的高压直流放电模拟中观察到了高能超热电子的产生。由发射产生的电子束通过双流不稳定性与放电中的非均匀等离子体相互作用。等离子体的不均匀性保证了从射束到等离子体电子的有效能量传递。电子束激发等离子体波，其波长和相速度向阳极逐渐减小。阳极附近的短波将等离子体体电子加速到超热能量。阳极附近的鞘层将一些加速的电子反射回等离子体。这些电子穿过等离子体，在阴极附近反射，再次进入加速区，但能量比以前更高。这样的粒子被加速到比第一次加速后高得多的能量。这种机制在解释早期实验观察到的高能超热电子在类似的放电中发挥了作用。
2015-03-17 physics.plasm-ph
Machine Learning Accelerated Plasma Simulation through Physics Guided Time Jumps
Department of Nuclear Engineering and Radiological Sciences, University of Michigan（密歇根大学核工程与放射科学系）
提出一种结合学习时间跳跃与物理演化的机器学习加速等离子体模拟方案，在PASCHEN-1D求解器中实现，对纳秒脉冲氮气放电实现4.70倍CPU加速，并保持关键物理特征，展示了增强传统求解器的实用途径。
2026-09-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Investigation of Vortex Structures in Gas-Discharge Nonneutral Electron Plasma: IV. Pulse Ejection of Electrons at the mutual interaction of Vortex Structures
本文给出了电子从气体放电非中性电子等离子体中在涡旋结构相互作用下的喷射的实验研究结果。涡旋结构的周期性接近导致电子从涡旋结构本身以及从电子鞘层的邻近区域向放电装置的端部阴极喷射。喷射以彼此跟随的短脉冲和长脉冲的形式发生。研究了这些脉冲的性质以及它们接近时涡旋结构相互作用的动力学。
2015-08-30 physics.plasm-ph
Glow discharge in low pressure plasma PVD: mathematical model and numerical simulations
本文分析了工业装置中低压等离子体中辉光放电的问题，对不同形状的放电室和不同的工作参数，如压力和电势。所描述的模型是基于静态近似的AC配置与两个电极和漂移扩散近似的正离子和电子的电流密度。详细讨论了施加的边界条件，以及完整的描述的数学模型。数值模拟进行了一个简单的一维模型和两个不同的二维模型，对应于两个不同的设置的工业工厂。较简单的情况包括一个径向对称的室，一个中央电极（阴极），基于直流发电机。在这种情况下，钢室充当阳极。第二个模型涉及最常见的工厂配置的二维水平切割，其中两个电极连接到AC发电机。这种情况下被视为在一个“准静态”的近似。这三个模型显示了一些共同的行为，特别是包括主要的预期功能，如黑暗的空间，辉光区和广泛的“等离子体区域”。此外，所示的三个模型与先前发表的关于1D和简化的2D模型的结果，以及与一些完整的3D情况下的初步结果显示出一些相似之处。
2010-12-11 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Positive and negative DC glow discharges: a comparative study to characterize self-organized patterns on water surface
本研究通过比较正负直流辉光放电与水面相互作用的电学、光学和光谱特性，揭示负放电中高约化电场及N2+离子是自组织图案形成的关键，而正放电因低场均匀发射仅产生圆形均匀等离子体。
2025-04-20 nlin.AO physics.plasm-ph
Reflection of a dust acoustic solitary wave in a dusty plasma
我们报告的第一个实验观测的反射尘埃声孤波从一个潜在的障碍在尘埃等离子体介质。实验是在一个倒置的$Π$形状的尘埃等离子体实验（DPEx）设备中进行的，在直流辉光放电等离子体环境中。尘埃声孤波是通过叠加在放电电压上的短负高斯脉冲调制等离子体激发的。孤立波结构被认为是朝着一个潜在的障碍，产生的鞘周围偏置的电线，并返回后反射的障碍。记录了孤子的振幅、宽度和速度随时间的变化。对不同势垒强度和不同初始孤立波振幅的情况重复实验。发现孤立波最接近势垒中心的距离随势垒强度的增大而增大，随初始波幅的减小而减小。发射探针用于测量鞘层电位及其厚度，通过测量连接到偏置线的电阻范围内的轴向方向上的等离子体电位分布。修正的Korteweg de Vries方程的推导和数值求解定性地了解实验结果。
2021-09-27 physics.plasm-ph
DPEx-II: A New Dusty Plasma Device Capable of Producing Large Sized DC Coulomb Crystals
空间扩展的稳定直流复合等离子体晶体的产生是一个巨大的实验挑战，也是尘埃等离子体领域的一个热门研究领域。在本文中，我们描述了一个新建成的和委托尘埃等离子体实验装置，DPEx-II，在等离子体研究所。该装置可以支持在直流辉光放电等离子体中形成大尺寸的库仑晶体。在这个L形桌面玻璃室中的等离子体产生于圆形阳极和长托盘形阴极之间。它的特点是与各种静电探针的帮助下，在一系列的放电条件。尘埃粒子由尘埃分配器引入，以在阴极鞘层区域形成强耦合库仑晶体。独特的非对称电极配置最大限度地减少了灰尘颗粒的加热，并有助于使用该设备形成最大可实现尺寸为40 cm X 15 cm的晶体结构。较大的晶体相对于较小的晶体具有许多优点，例如较高的结构均匀性、较少的缺陷、由于有限尺寸效应而导致的较低的统计误差等。提供了一系列诊断工具来表征库仑晶体。几个初步实验的结果，旨在证明该设备的技术能力和其潜力，为未来的尘埃等离子体研究，报告。
2021-07-13 physics.plasm-ph
General kinetic ion induced electron emission model for metallic walls applied to biased Z-pinch electrodes
本文建立通用动力学 IIEE 模型并验证其 SEY 与能谱，结合 Boltzmann-Poisson 模拟揭示偏压 Z-pinch 铜电极中电子发射对鞘层、等离子体加热和电流的影响。
2025-07-24 physics.plasm-ph
Self-excited converging shock structure in a complex plasma medium
本研究首次在复杂等离子体中观测到自激会聚激波结构，通过实验制备约束尘埃云并观测其自发激波，结合三维MD模拟验证特性，为基础等离子体研究及其他介质会聚激波应用提供参考。
2023-11-04 physics.plasm-ph
Structural transformation of dusty plasma crystal in DC discharge plasma by changing confinement ring bias
本研究在LDPEx装置上通过调控约束环偏压改变约束势，在不影响整体等离子体参数的前提下，实现了尘埃等离子体晶体从稳定结构到核心固液共存的转变，并揭示了其由下层尘埃涨落触发的熔化机制。
2023-10-05 physics.plasm-ph
Development of compact gas treatment system using secondary emission electron gun
利用放电或电子束的低温等离子体技术是去除环境污染物的有效方法。特别是电子束可以有效地去除污染物，因为高能电子可以容易地产生许多对去除污染物有用的自由基。我们已经开发了一个紧凑的100千伏二次发射电子枪应用于氮氧化物的去除。该器件具有体积小、束宽均匀等优点。此外，与辉光放电或场发射控制阴极枪相比，该装置具有良好的高重复频率脉冲工作能力，且易于控制。在本研究中，氮氧化物的去除特性进行了研究下增加枪电压，不同的脉冲电子束参数，如电流密度和脉冲宽度以及气体流量。实验结果表明，与其他高能电子束和放电处理相比，该方法具有更好的NOx去除效率。
2004-10-22 physics.plasm-ph
A dust particle based technique to measure potential profiles in a plasma
报道了一种基于带电示踪尘埃粒子的可视化测量等离子体中电势分布的新技术。该方法是用来实验确定周围的电位接地线，安装在阴极上的直流辉光放电氩等离子体中产生的$Π$ -形尘埃等离子体实验（DPEx）设备。示踪剂颗粒，由几个微米大小的单分散的三聚氰胺甲醛（MF）颗粒，是由适当的变化，在背景气流流过接地线。通过对单个粒子轨迹的视觉跟踪，产生它们在不同时间的位置和速度，通过使用能量守恒参数直接估计这些位置处的势值。结果与传统的基于探针的测量非常吻合。该技术不受基于探针的诊断的一些固有限制，并且提供了可视化等离子体中的潜在分布的直接且微创的手段。
2018-08-27 physics.plasm-ph
Reduced-order non-self-consistent Monte Carlo simulation of a planar magnetron discharge: electron heating, recapture and racetrack formation
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
该研究针对氩气中圆形平面磁控管放电提出降阶非自洽蒙特卡罗模型，结合两种磁场表示等方法，虽碰撞模块有高估但可半定量解释传输，模拟能再现电子群体情况，可用于比较磁场及分析相关现象，是计算量小的工具。
2026-07-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Rotating spokes, potential hump and modulated ionization in radio frequency magnetron discharges
本文利用二维粒子模拟研究了射频磁控放电中旋转轮辐的形成机制，揭示阴极鞘层电场触发梯度漂移不稳定性并导致电势驼峰与射频调制电离，模拟结果与实验及线性理论一致。
2023-05-25 physics.plasm-ph
