Analytic model of the energy distribution function for highly energetic electrons in magnetron plasmas
本文分析了一种情况，这是常见的磁化技术等离子体，如直流磁控管放电和HiPIMS系统，其中次级电子进入等离子体后，在阴极下降加速，遇到一个几乎均匀的体积。热电子的分布函数的解析计算，这些被描述为一个最初的单能束，通过库仑碰撞与麦克斯韦分布的散装（冷）电子，并通过非弹性碰撞与中性粒子减速。虽然这个解析解是基于一个稳态的假设，比较的特征时间尺度表明，它可能适用于各种实际的时间依赖性放电，它可以用来引入动力学效应到模型的基础上的麦克斯韦电子的假设。结果进行了验证的参数适当的HiPIMS放电，通过时间依赖性和全动力学的数值计算。
2015-01-07 physics.plasm-ph
The Model of Gas-Discharge Nonneutral Electron Plasma
考虑了气体放电非中性电子等离子体模型，其中电子密度受二极管不稳定性引起的非线性过程的限制，而不依赖于磁场中的电子输运机制。该模型较好地描述了磁控管几何结构和倒置磁控管几何结构下的电子鞘层特性和放电电流特性，并首次定量描述了阳极不对准对放电电子鞘层的影响。研究了该模型的适用范围以及与其它电子鞘层模型的关系。
2013-11-18 physics.plasm-ph
Time-resolved OES of nanosecond pulsed discharges in N$_{2}$ and N$_{2}$/H$_{2}$O mixtures]{Time-resolved optical emission spectroscopy of nanosecond pulsed discharges in atmospheric pressure N$_{2}$ and N$_{2}$/H$_{2}$O mixtures
在这篇文章中，纳秒脉冲放电中的N $_{2}$和N $_{2}$ /0.9%H $_{2}$ O在大气压（300 K）的时间分辨成像，光学发射光谱和瑞利散射研究。在两个针形电极上以1 kHz的频率施加170 ns的高压脉冲。放电由三个阶段组成：点火阶段、火花阶段和复合阶段。在点火阶段，排放物主要由分子氮（N $_{2}$（C-B））引起。在火花和复合阶段，主要观察到原子氮发射。当加入H $_{2}$ O时的发射非常相似，除了H $_α$的贡献很小，并且分子N $_{2}$（C-B）发射的强度较小。
2014-03-20 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
Electron dynamics in planar radio frequency magnetron plasmas: III. Comparison of experimental investigations of power absorption dynamics to simulation results
本文利用相位分辨光发射光谱并结合二维PIC模拟，研究低压氩气电容耦合射频放电中类磁控管磁场下的电子功率吸收动力学。
2022-11-10 physics.plasm-ph
On the electron energy distribution function in the high power impulse magnetron sputtering discharge
本文应用电离区模型和电子的Orsay Boltzmann方程耦合电离和激发态动力学模型研究了高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）放电的电子动力学。在OBELIX中，假定大体积（冷）电子呈现麦克斯韦能量分布，并且在离子轰击时从靶表面发射的二次（热）电子被视为高能量尾部，而在OBELIX中，使用各向同性玻尔兹曼方程自洽地计算电子能量分布。这两个模型在某种意义上是合并的，即从EQUIPMENT的输出被用作OBELIX的输入。粒子密度的时间演化被发现同意非常好的两个模型之间。此外，一个非常好的协议之间的双麦克斯韦电子能量分布的假设的ESTA和OBELIX模型计算的电子能量分布证明。因此，可以得出结论，假设双麦克斯韦电子能量分布，构成一个冷的散装电子组和一个热的次级电子组，是一个很好的近似模型的HiPIMS放电。
2021-03-19 physics.app-ph physics.plasm-ph
A time scale for electrical screening in pulsed gas discharges
麦克斯韦时间是一个典型的时间尺度，用于屏蔽具有给定电导率的介质中的电场。我们介绍了一个概括的麦克斯韦时间是有效的气体放电：\emph{ionization screening time}，考虑到由于碰撞电离的电导率的增长。我们提出了一个分析估计这个时间尺度，假设一个平面的几何形状，并评估其精度与数值模拟在1D和3D进行比较。我们调查所需的最小等离子体密度，以防止与本地场增强流光的增长，我们讨论了光电离和电子分离电离屏蔽的影响。我们的研究结果可以帮助理解脉冲放电的发展，例如纳秒脉冲放电在大气压下或晕放电在低电离层。
2014-07-21 physics.plasm-ph
Non-equilibrium vibrational and electron energy distributions functions in atmospheric nitrogen ns pulsed discharges and \mus post-discharges: the role of electron molecule vibrational excitation scaling-laws
利用化学动力学自洽解和自由电子的Boltzmann方程，研究了纳秒大气压氮气放电中电子能量分布函数的形成。放电后阶段被跟踪到几微秒。该模型是制定，以调查的截面集的作用，专注于通过共振通道的电子碰撞的振动激发。四个不同的截面集被认为是，一个基于内部一致的振动激励计算扩展到整个振动阶梯，和其他人通过应用常用的缩放定律。
2015-03-12 physics.plasm-ph
Initial transient stage of pin-to-pin nanosecond repetitively pulsed discharges in air
研究了空气中针-针结构纳秒重复脉冲放电在初始20个放电脉冲的瞬态过程中放电参数的变化规律。采用相干微波散射（CMS）、光发射光谱（OES）和激光瑞利散射（LRS）测量了重复频率为1、10和100 kHz的NRP放电间隙中的气体和等离子体参数。对于10和100 kHz的重复频率，检测到记忆效应（当由先前放电脉冲引起的扰动直到随后的脉冲才完全衰减时）。对于10 kHz的NRP放电，放电参数经历了显着的变化后，第一个脉冲，并继续大幅波动之间的后续脉冲，由于气体密度和温度的快速演变，在100 us脉冲间的时间所造成的强烈的重新分布的流场在该时间尺度上的间隙。对于100 kHz的NRP放电，放电脉冲参数达到一个新的稳定状态后，约五个脉冲开始。这种新的稳定状态与放电脉冲之间的可再现性好的参数和与第一放电脉冲相比击穿电压、放电脉冲能量和电子数密度的大幅降低相关联。
2022-03-30 physics.plasm-ph
Temperature Runaway in a Pulsed Dielectric Barrier Discharge Reactor
本文报道了用高压脉冲信号供电的介质阻挡放电反应器中气体温度的实验测量。结果表明，反应器的热行为遵循一级模型。然而，在300Hz的频率下观察到意外的失控现象。观察到电源突然增加，因此反应器温度达到170°C。这种行为进行了讨论的输入功率随温度的变化，可能是由于谐振现象。
2018-07-05 physics.plasm-ph
Study of multicomponent plasma parameters in the pulsed reflex discharge
研究了中等功率（W \leq 10 MW）脉冲反射放电中密度为10 ^13 - 10 ^14 cm ^-3的多组分气体-金属等离子体的参数。测定了等离子体密度随时间的动态变化、等离子体的质量元组成、等离子体中电子密度的径向分布、n_p \geq n_crit等离子体层的旋转速度和旋转频率、径向电场强度以及放电中等离子体密度衰减阶段的复合因子。对血浆颗粒分离因子进行了评价。
2010-12-21 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
Investigation of positive and negative modes of nanosecond pulsed discharge in water and electrostriction model of initiation
本文研究了水中纳秒级脉冲放电的发展过程，研究了正负极性脉冲在浸没针-板电极上的应用。光学诊断用于研究这些放电的两个主要方面：起始阶段和发展阶段。利用上升时间为4 ns、持续时间为10 ns、下降时间为5 ns、电压为24 kV的纳秒脉冲，在曲率半径为25 μ m的钨针和铜板之间的1.5 mm间隙中点燃放电。快速ICCD成像用于追踪在对针电极施加正脉冲和负脉冲的变化的施加脉冲幅度上的放电发展。放电的进展被发现类似的气体中的长间隙中的放电，在结构和发展。通过纹影透射成像研究了更重要的引发阶段。电极的尖端附近的区域进行了调查轻微下击穿条件，并观察到在所施加的脉冲的持续时间的液体的折射率和密度的变化。尝试解释的结果的基础上的放电启动的电致伸缩模型。
2013-06-06 physics.plasm-ph
Time resolved measurement of film growth during reactive high power pulsed magnetron sputtering (HIPIMS) of titanium nitride
在反应高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）的氮化钛的生长速率测量的时间分辨率高达25 us使用旋转快门的概念。根据该概念，与HIPIMS脉冲同步地在衬底前面旋转200 μ m的狭缝。由此，生长通量横向分布在衬底上。通过测量所得的沉积轮廓与轮廓术和X射线光电子能谱学，推导出的钛和氮的生长通量的时间变化，每个脉冲。分析表明，薄膜生长主要发生在HIPIMS脉冲期间，其生长速率遵循HIPIMS点火、电流上升、气体稀薄、平台和余辉阶段。钛和氮的生长通量遵循略微不同的行为，其中钛在HIPIMS脉冲开始时占主导地位，而氮在脉冲结束时占主导地位。这是由气体稀薄效应导致的致密的初始金属等离子体和金属膜，随后被氮化。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Modeling characterisation of a bipolar pulsed discharge
我们应用基于粒子的动力学模拟，探索由高压（$\sim$ kV）脉冲驱动的低压气体放电的特性，具有交替极性，占空比为$\approx$ 1%，重复频率为5 kHz。计算允许跟踪几个放电特性的时空发展、电势和电场分布、带电粒子密度和通量、电极表面处的平均离子能量等。由于这种放电具有重要的表面处理应用，例如在人造骨的处理中，我们分析了到达电极表面的离子的通量和平均能量的时间依赖性，所述电极表面可以是导电的和介电的。我们的调查进行氩气缓冲气体在40-140帕的压力范围内，1-5厘米的电极间隙和电压脉冲幅度范围在600 V和1200 V之间。
2020-06-04 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
Electron dynamics in planar radio frequency magnetron plasmas: I. The mechanism of Hall heating and the μ-mode
研究通过解析模型与ECCOPIC1S-M模拟揭示磁增强电容耦合等离子体中由Hall电流和E×B漂移导致的新型RF加热机制，并命名为μ-mode。
2022-11-09 physics.plasm-ph
Nanosecond Pulsed Discharge Dynamics During Passage of a Transient Laminar Flame
本文研究了纳秒重复脉冲介质阻挡放电与传播在通道内的瞬态层流火焰相互作用的实验。放电和火焰具有相当的大小，并且放电在其与反应区和燃烧气体耦合的位置处是有利的。主要目标是确定放电如何在火焰通道的时间尺度上演变，其演变由移动火焰前缘产生的变化的气体状态驱动。这项工作补充了大量的工作调查等离子体的效果，以修改火焰动力学，考虑的相互作用的另一面（如何放电被火焰修改）。燃烧产生的热气体对放电有很强的影响，放电优先在热燃烧产物区域形成。测量了放电沉积的单脉冲能量，发现其随放电区域的大小和施加的电压而增加。脉冲重复频率对单脉冲能量没有直接影响，但对放电区域的形貌和尺寸有影响。观察到两种不同的放电制度：均匀的和非均匀的（微放电）。更高的脉冲重复频率和更快的冷却燃烧产物更有可能过渡到非稳态状态，而更低的频率和更慢的冷却燃烧产物在放电活动的整个时间内保持均匀的状态。这种制度的转变是由流体运动的时间尺度的脉冲重复率的比率的影响。这项工作表明，考虑如何放电特性将改变由于燃烧过程中的应用，利用等离子体辅助瞬态燃烧系统的重要性。
2022-11-04 physics.plasm-ph
The inception of pulsed discharges in air: simulations in background fields above and below breakdown
我们调查放电起始在空气中，在均匀的背景电场以上和以下的击穿阈值。我们进行3D粒子模拟，其中包括一个自然水平的背景电离的形式，积极和O $_{2}^-$离子。当电场上升到高于击穿和脱离阈值时，电子可以从O $_{2}^-$脱离并开始电离雪崩，这在空气中是相似的。这些雪崩一起创建一个大的放电，在许多流体模拟中发现的“双头”飘带。另一方面，在低于击穿的背景场中，必须有某种东西充分增强场，以形成流光。我们使用一个强电离种子的电子和正离子，我们观察到的增长，积极流光。未观察到负流光。击穿以下，电子脱离的列入并没有改变结果太多，我们观察到类似的放电发展，在流体模拟。
2014-05-28 physics.plasm-ph
Origin of the energetic ions at the substrate generated during high power pulsed magnetron sputtering of titanium
HiPIMS等离子体在基板上产生高能金属离子，这是与传统直流磁控溅射的主要区别。这些离子的起源仍然是一个悬而未决的问题，这是解开使用两个快速诊断：时间分辨质谱的时间分辨率为2 $μ$ s和相位分辨光学发射光谱的时间分辨率为1 $μ$ s。进行从dcMS类到HiPIMS等离子体的功率扫描，其中2英寸磁控管和钛靶作为溅射源，氩气作为工作气体。观察到Ar $^{+}$、Ar $^{2+}$、Ti $^+$和Ti $^{2+}$的输运以及能量性质的明显差异。对于具有最高峰值功率密度的放电，可以识别Ti $^+$和Ti $^{2+}$的高能组。一个冷的离子群总是存在的。据发现，热离子被观察到，只有当等离子体进入辐条制度，这可以通过在由所使用的VI-探针拾取的MHz范围内的IV-特性的振荡进行监测。这些振荡与轮辐现象相关，并被解释为轮辐内的霍尔电流放大为热电离区。为了解释高能离子的存在，我们提出了一个双层（DL）限制在辐条内的热等离子体：如果一个原子成为电离的辐条区域内，它被加速，因为DL到更高的能量，而它的能量保持不变，如果它是电离的外面。在应用这个DL模型，我们的测量观察到的现象，以及从其他群体的几个测量可以解释。只有当轮辐和双层存在时，受限粒子才能获得足够的能量离开磁阱。我们的结论是，从我们的研究结果，辐条现象代表了本质的HiPIMS等离子体，解释其良好的性能材料合成应用。
2014-03-05 physics.plasm-ph
Growth-controlled photochromism in yttrium oxyhydride thin films deposited by HiPIMS and pulsed-DC magnetron sputtering
University of Latvia（拉脱维亚大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本研究通过HiPIMS和脉冲-直流MS制备氧化钇氢化物薄膜，发现生长条件和微结构对光致变色性能有显著影响，脉冲-直流MS薄膜在光致变色对比度和带隙方面表现更优。
2026-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.plasm-ph
The Backward Problem in Plasma-Assisted Combustion: Experiments of Nanosecond Pulsed Discharges Driven by Flames
本文针对等离子体辅助燃烧中研究较少的反向问题，通过层级化分析结合多组实验，阐明了非均匀燃烧环境对纳秒脉冲放电特性的影响及正反问题的强耦合关系，为非定常燃烧等离子体辅助应用提供了实验依据。
2023-06-08 physics.plasm-ph
The role of vibrational temperature variations in a pulsed dielectric barrier discharge plasma device
介质阻挡放电（DBD）等离子体的使用已经成为进行表面处理的实用方式，并且人们寻求以更有效的方式进行表面处理，这需要控制等离子体参数，如旋转和振动温度（T_rot和T_vib）。由于大气压等离子体射流的T_vib是与表面处理的改进相关的重要参数，在这项工作中，分析了两种方法来增加DBD等离子体中的T_vib值。其中一种方法是减小DBD反应器的出口尺寸，另一种方法是改变气体流量。对这两种情况下导致振动温度升高的原因进行了解释。
2018-11-30 physics.plasm-ph
Kinetic development of low-temperature propane oxidation in a repetitively-pulsed nanosecond discharge
本文利用纳秒毛细管放电和介质阻挡放电结合同步辐射光电离质谱研究等离子体辅助丙烷低温氧化动力学，更新了关键反应速率常数并显著提升模型预测精度，发现丙烷氧化过程主要受总沉积能量控制，而与放电类型和单脉冲沉积能量关系不大。
2024-08-06 physics.plasm-ph
Effect of Generation of Charged Particles Fluxes by Pulsed Gas Discharge
本文描述了在气体放电中产生的电子和离子通量的影响，特别是在雷暴期间观察到的“蓝色喷流”和“精灵”的出现。描述了模拟这些现象的实验设备。本文论证了在直线气体放电中产生强流电子和离子流的可能性。
2014-09-11 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Negative-polarity nanosecond-pulsed cryogenic plasma in liquid nitrogen
本文通过成像与光谱测量研究液氮中负极性纳秒脉冲放电，发现电场约5 MV cm⁻¹时由微弱辉光转变为液内流注，并揭示正负极性流注在低温液内等离子体中具有相似性。
2024-06-04 physics.plasm-ph
Discharge dynamics in a cylindrical SDBD prototype reactor under ns-pulsed and sinusoidal AC operation
本文开发了一种圆柱形SDBD原型反应器，通过将接地电极浸入变压器油抑制寄生放电，对比研究了纳秒脉冲与正弦交流驱动下的放电电学特性和时空动力学，发现纳秒脉冲放电具有更高的可重复性和时空分辨率，适用于流动控制、生物医学和农业等应用的基础研究。
2025-06-05 physics.plasm-ph
Nanosecond pulsed barrier discharge in argon for various frequencies and theoretical analysis of 2p states density ratios for E/N determination
本文通过一维和二维流体-Poisson模型模拟5–100 kHz氩气纳秒脉冲阻挡放电，建立基于时间依赖碰撞-辐射模型的2p态密度比方法以测定E/N。
2024-06-14 physics.plasm-ph
Microsecond resolved electron density measurements with a hairpin resonator probe in a pulsed ICP discharge
在脉冲RF放电的时间分辨的电子密度测量示出使用发夹谐振探针，使用低成本的电子，与正常的朗缪尔探针boxcar模式操作。时间分辨率小于1微秒。信号发生器产生所施加的微波频率;反射波形通过定向耦合器并过滤以去除RF分量。该信号用混频器外差并由示波器读取。在脉冲期间的某些点处，等离子体密度使得所施加的频率与探针/等离子体系统的谐振频率相同，从而在反射信号中产生下降。所施加的微波频率在频率矩形波串程序中以小增量移动，以确定作为时间函数的密度。该系统使用接地探头来产生低成本、高保真度和高度可重复的电子密度测量，可以在恶劣的化学环境中工作。测量是在一个电感耦合系统，由一个单一的频率脉冲发生器驱动，在13.56 MHz的驱动，并进行比较，从文献中的结果。
2017-02-07 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
CH$_4$ reforming with CO$_2$ in a nanosecond pulsed discharge. The importance of the pulse sequence
等离子体干重整反应的甲烷与二氧化碳的研究在纳秒重复脉冲放电，一种类型的等离子体，提供了一个最高的非平衡和性能特性。该实验的目的是检查在相同的等离子体能量下改变高压脉冲序列的效果。我们发现，当连续的脉冲是接近500 $\rm μ$ s，一个记忆为主的制度逐渐发展，影响随后的击穿事件。结果，实现了更高的反应物转化率和更有效地使用注入放电等离子体的能量。
2021-05-05 physics.chem-ph physics.plasm-ph
High-Pressure CO$_2$ Dissociation with Nanosecond Pulsed Discharges
在高压间歇反应器中研究了纳秒重复脉冲放电（NRP）对CO $_2$转化为CO的效率。在高达12巴的压力下获得稳定的放电。CO $_2$裂解的副产物用气相色谱法测定。能量效率针对处理时间、脉冲能量和填充压力的范围来确定。发现能量效率约为20%，并且仅对等离子体操作参数弱敏感，即，CO $_2$转化的程度几乎线性地依赖于比能量输入。转换率高达14%，能源效率为23%。对于长的处理时间，观察到效率下降，由于重组反应的重要性增加，如宏观动力学机制所述。被认为在纳秒脉冲放电中发挥重要作用的反应途径进行了讨论。看来，振动激发不起显着的作用，在CO $_2$转换在这些类型的短脉冲放电。结果还提请注意两个特定的电子激发反应的相对重要性。
2022-10-29 hep-ex physics.plasm-ph
Investigating CO$_{2}$ streamer inception in repetitive pulsed discharges
在这项研究中，我们调查的负责物种和过程中涉及的重复脉冲流光开始在CO $_{2}$。我们将重复频率为10 Hz、脉冲宽度为1 ms的10 kV高压脉冲施加到与接地平面电极相距160 mm的针电极。我们用光电倍增管测量了600个高压周期的起始时间（高压脉冲上升沿之间的延迟）。我们在起始时间直方图中观察到一个峰值，中位数为1.2 $μ$ s。为了识别该峰的来源，我们在主高压脉冲之前施加负或正LV脉冲以操纵剩余的空间电荷。观察到三种不同的现象：1）漂移，2）中和，和3）电离在LV脉冲。在低LV振幅和脉冲宽度下，峰值开始分别在正和负LV脉冲下向更快和更慢的起始时间漂移。然而，在正LV脉冲和负LV脉冲的相同LV脉冲配置下，观察到的起始时间偏移是不相同的。我们提出了一个假设来解释这种不对称的基础上的差异，空气和CO之间的分离过程$_{2}$。
2021-07-21 physics.plasm-ph
Proof of operation of a micro-hollow cathode discharge driven by a true ns-pulsed high voltage: emission properties and atomic nitrogen production
Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM), CNRS, Université Sorbonne Paris Nord（材料过程与科学实验室，法国国家科学研究中心，索邦巴黎北大学）；Laboratoire Energétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (EM2C), CNRS, Université Paris Saclay（分子与宏观能量、燃烧实验室，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）
本研究采用真纳秒脉冲高压驱动微空心阴极放电，通过光学发射与ns-TALIF诊断，实现氮原子密度最高6倍提升，功耗降低2个数量级，为六方氮化硼合成提供了新方案。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Multiple Plasma Stream Electromechanical Model for Pulsed Plasma Thruster
传统的雪犁/一维模型假设脉冲等离子体推力器（PPT）放电室中存在单个完全电离的等离子体片。然而，大量的实验分析和观察表明，存在多个等离子体流和部分电离的推进剂气体。本文建立了一个多层等离子体-中性质量片一维数值模型。该模型考虑了由于撬棍击穿产生的二次等离子体片以及主放电后产生的中性气体。该模型准确地计算了等离子体和中性质量片的位置，平均出口速度，推力交付和个人的等离子体片的质量开发的PPT。对两种不同的烧蚀脉冲等离子体推力器模型进行了验证和讨论。在最后一节中，等离子体片模型和电路模型也验证了在东京大学开发的液体推进剂PPT。结果表明，多片假设提供了一个准确的预测的放电电流和性能参数。多片假设模型解释了大多数实验观察到的现象，传统的段塞模型往往忽略。
2018-04-23 physics.plasm-ph
Shielded ionisation discharge (SID) probe for spatio-temporal profiling of pulsed molecular beam
本文设计并实现了一种屏蔽电离放电（SID）探针，利用热丝热电子发射辅助放电检测脉冲分子束的中性粒子时空密度分布，并成功测量了1.5 ms脉冲超声速分子束轮廓，可广泛应用于托卡马克加料及等离子体诊断等领域。
2023-04-19 physics.flu-dyn physics.ins-det physics.plasm-ph
Pulsed discharge plasma for graphite exfoliation in liquid nitrogen
在液氮中采用脉冲放电等离子体剥离高取向热解石墨。通过观察石墨材料的处理表面和所获得的颗粒来研究所涉及的潜在机制。从等离子体处理的非剥离缺陷进行了观察和实验参数进行了修改，以抵消这些。在不将HOPG直接暴露于放电的情况下进行一个实验，以便更好地理解等离子体的作用。通过TEM和SEM观察剥离的颗粒以评价缺陷、尺寸、纯度和结晶度，但不可能对其厚度进行定量表征，因此每个颗粒的实际层数是未知的。尽管如此，通过该过程成功地剥离了几层石墨烯（FLG）。提出的机制是从受损的HOPG表面和获得的颗粒的观察外推，但发现的相关性并不能证明因果关系。
2021-02-22 physics.app-ph physics.plasm-ph
Pulse Shaping Increases Efficiency in Pulsed Plasma Accelerators
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Texas Materials Institute, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校材料研究所）
本研究通过可编程脉冲整形技术，利用固态集成功率模块调控脉冲参数，使气体馈送型脉冲电磁推进器的比冲提升278%、推力效率从0.2%升至3.3%，优化了推进器性能。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Influence of applied voltage and electrical conductivity on underwater pin-to-pin pulsed discharge
对水下针-针电极结构脉冲等离子体放电的参数进行了研究。已经报道了两个参数的影响，水的电导率（从50至500 $μ$ S/cm）和施加的电压（从6至16 kV）。两个互补的诊断，时间分辨的折射率为基础的技术和电气测量已经进行，以研究放电传播和击穿现象在水中根据这两个参数。在两个直径为100 $μ$ m的铂尖端之间施加持续时间为100 $μ$ S至1 ms的单个高电压，所述铂尖端间隔2 mm并浸入水溶液中。本文的工作是对文献[1]的有益补充，对更好地理解水中针-针放电的起始和传播机理具有重要意义。对于低电导率（从50到100 $μ$ S/cm），结果已经证实了两种放电状态（阴极和阳极），并且施加电压的增加首先使得击穿更容易实现，然后有利于阳极状态的出现。对于500 $μ$ S/cm，结果强调了低施加电压的阴极状态，但高施加电压的混合状态（阳极和阴极）。
2019-03-18 physics.app-ph physics.plasm-ph
Modeling the Role of Secondary Electron Emission in Direct Current Magnetron Sputtering using Explicit Energy-Conserving Particle-in-Cell Methods
本文使用全动能PIC仿真研究直流磁控溅射，通过引入显式能量守恒EC-PIC算法并与MC-PIC对比，发现提高二次电子产额和降低外部电阻会增加电流和等离子体密度，且EC-PIC在高电流密度下数值稳定性更优。
2025-07-14 physics.plasm-ph
Estimation of the Efficiency of Material Injection into the Reflex Discharge by Sputtering the Cathode Material
在稠密气体-金属等离子体形成的初始阶段，考虑了将一种被电离的工作物质注入到脉冲反射放电等离子体中的过程。提出了一个计算模型，以估计所需的工作材料注入放电的溅射机制的参数。所得数据与实验结果吻合较好。
2012-09-28 physics.plasm-ph
A simplified procedure to capture N(4S) kinetics during the transients of a strongly emissive pulsed ECR plasma using TALIF
本文提出了一种简单直接的方法，可用于TALIF技术测量强发射等离子体中的N（4S）密度。该方法利用吸收峰强度而不是完全积分的吸收线强度。使用这种方法，以及基于物理的拟合/过滤程序，能够大大降低实验的不确定性，甚至在强发射放电进行测量。经过验证，该方法被用来研究强发射脉冲微波放电的瞬态。我们特别指出，在从高功率相到低功率相的转变的早期阶段，存在着意想不到的N（4S）密度的增加。考虑到详细的状态-状态动力学的自洽准均匀等离子体模型的使用，使得这种增强能够归因于N（2 D）和N（2 P）的表面去激发。
2020-12-17 physics.plasm-ph
Few-layer flakes of Molybdenum Disulphide produced by anodic arc discharge in pulsed mode
本文首次报道了用阳极大气压电弧放电法合成二硫化钼（MoS 2）薄片。垂直电极配置由复合阳极（填充有MoS 2粉末的中空石墨阳极）和刚好放置在复合阳极上方的固体石墨阴极组成。电弧工艺以脉冲模式操作，以优先从阳极蒸发粉末组分并使碳烧蚀最小化。在300托的氦气中以2 Hz和10%占空比进行脉冲阳极电弧放电，峰值电流为250-300 A，峰值电压为35 V。将由钨丝制成的探针放置在电弧柱附近以收集蒸发的材料。测得的厚度分布与粒子通量分布相关，并通过一个简单的等离子体膨胀模型进行拟合。在脉冲阶段期间，电子密度估计为约5E 22 m-3或更高，离子电流密度为10 A/mm 2的量级。采用拉曼光谱、原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对样品的形貌、结构和组成进行了表征。研究表明，脉冲电弧放电的复合阳极导致适度的C沉积结合的二硫化钼沉积的形式的碎片纳米晶体和几个原子单层的二硫化钼。由于脉冲功率的灵活性，这种合成技术有希望生产具有定制结构和功能的新型2D纳米材料。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.plasm-ph
Influence of ionisation zone motion in high power impulse magnetron sputtering on angular ion flux and NbO$_x$ film growth
采用角分辨方法分析了高功率脉冲磁控溅射Nb靶等离子体中离子的能量和通量。使用反应性含氧气氛，因为这种放电条件通常用于薄膜的合成。当改变质-能分析仪和目标表面之间的角度时，注意到记录离子的通量分布及其能量和电荷状态的不对称性。在$+\mathbf{E}\times \mathbf{B}$中比在$-\mathbf{E}\times \mathbf{B}$方向上检测到更多的带正电荷的离子，这些离子在其分布的中等能量范围内具有更高的计数率，从而证实了电离区（也称为辐条或等离子体束）与移动的电势峰相关联的概念。记录的带负电荷的高能氧离子的运动不受影响。NbO $_x$薄膜在不同的角度和位置进行合成和分析，以它们的结构和性能，以相关的观察到的等离子体性能的薄膜生长条件。化学成分和薄膜厚度随沉积角度的变化而变化，其中后者与离子通量类似，在$+\mathbf{E}\times \mathbf{B}$方向上高于在$-\mathbf{E}\times \mathbf{B}$方向上。
2015-10-28 physics.plasm-ph
Ionized particle transport in reactive HiPIMS discharge: correlation between the energy distribution functions of neutral and ionized atoms
研究了在反应式高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）装置上沉积TiN涂层时钛离子的输运过程。电离溅射原子的时间分辨质谱测量与中性溅射原子的时间分辨可调谐二极管激光诱导荧光（TR-TDLIF）测量被用来了解运输功能。基于Ti $^+$的离子能量分布，我们确定了四个群体的离子，并探讨其物理来源。当仅向Ar/N $_2$气体混合物中添加1%N $_2$时，所有离子布居的信号均强烈降低。时间分辨质谱证实了在以前的工作中报告的结果：当在HiPIMS放电中加入氮气时，快速靶中毒。根据Ti $^{++}$、N $^+$、N $_2^+$和Ar $^+$的能量分布函数，讨论了这些离子在HiPIMS放电中的产生.通过先前的TR-TDLIF测量确定的热化溅射中性原子的温度证明了能量低于4 eV的离子群体的物理起源。根据放电气压、阴极电压和离子类型，我们还讨论了高能离子（>4 eV）的物理来源。
2021-05-31 physics.plasm-ph
Spatiotemporal dynamics of nanosecond pulsed discharge in the form of a fast ionization wave: self-consistent two-dimensional modeling and comparison with experiments under negative and positive polarity
Laboratory of Plasma Physics (CNRS, Ecole Polytechnique, Univ. Paris-Sud, Observatoire de Paris, Sorbonne Université, l’Institut Polytechnique de Paris), Ecole Polytechnique（等离子体物理实验室（法国国家科学研究中心、巴黎综合理工学院、巴黎南大学、巴黎天文台、索邦大学、巴黎理工学院），巴黎综合理工学院）
本文通过自洽二维建模研究纳秒脉冲放电的时空动力学，对比负正极性实验数据，揭示快速离子化波的特性及等离子体行为。
2025-02-06 physics.app-ph physics.plasm-ph
An H Surface Plasma Source for the ESS Storage Ring
本研究针对ESS储存环H⁻注入的束流参数需求，提出采用带主动冷却的磁控管SPS方案，验证了主动冷却可提升占空比至8%，并提出采用短静电LEBT实现束流至RFQ的传输。
2023-12-13 physics.plasm-ph
FHiVI$^{2}$: A Fast High-Voltage approach for Ionisation Improvement in the context of plasma-assisted magnetron sputtering
Institut de Jean Lamour, Université de Nancy（让·拉穆尔研究所, 南锡大学）
针对磁控溅射电离控制难题，提出新型FHiVI²瞬态电机制，通过施加特定短高压脉冲提升电离率，仅增1.2 W功率即可使电离率较HiPIMS提升2.7倍，为等离子体辅助工艺提供新途径。
2026-10-09 physics.plasm-ph
Scaling and laws of DC discharges as pointers for HiPIMS plasmas
如果实验室大小的等离子体源将被缩放用于工业过程，则等离子体的缩放或相似性定律是感兴趣的。理想情况下，缩放等离子体的放电参数是可预测的，基本的物理过程是不变的。当然，有效性有其局限性和范围。直流辉光放电的标度定律是众所周知的。如果对一个良好诊断的放电进行定标，就可以很容易地估计出正柱中的场强、气体放大率和正常电流密度。对于像高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）等离子体的非稳态高功率放电，缩放不是那么直接的。在这里，一个处理的非平稳复杂系统的强烈变化，在等离子体化学和对称性破缺的脉冲。由于参数空间巨大，目前没有好的参数来定义这些放电。在这篇文章中，我们将讨论直流辉光放电的标度律简要和目前的实验结果与铜电极和氦气作为等离子体形成气体的放电。该放电在200至1600 hPa的压力范围内用三种不同的电极直径（D=2.1、3.0和4.3 mm）操作。击穿电压测量结果表明，压力和电极距离不能独立变化。将讨论缩放对降低的正常电流密度、降低的正柱中的正常电场和放电温度的影响，并强调限制。与这些结果相比，将描述HiPIMS等离子体增加的复杂性。建议在社会上如何获得实验指纹的等离子体将进行审查和影响的经验与直流放电的相似性规律的发展，HiPIMS等离子体将进行讨论。
2015-08-27 physics.plasm-ph
Ignition and propagation of nanosecond pulsed discharges in distilled water -- negative vs. positive polarity applied to a pin electrode
液体中的纳秒等离子体正被用于水处理、电解或生物医学应用。这些非常动态的等离子体的确切性质，最重要的是它们的点火物理是激烈争论的。点火本身可以通过两个相互竞争的假设来解释：（i）通过场效应的点火或（ii）通过纳米空隙中的电子倍增。这两个假设都得到了理论的支持，但由于难以监测空间和时间上的非常快的过程，实验数据非常稀少。在本文中，我们正在使用快速相机测量和快速发射光谱的纳秒等离子体在水中施加一个积极的和消极的极性尖锐的钨电极。结果表明，等离子体点火是由场效应在电极-液体界面上的正极性或场发射的正极性或场发射。这导致热钨表面的温度为7000 K的正极性，而表面温度低得多的负极性。点火时，正极性的电子密度达到4 $\cdot$ 10 $^{25}$ m $^{-3}$，负极性的电子密度仅为2 $\cdot$ 10 $^{25}$ m $^{-3}$。同时，正极性的\Ha ~光的发射比负极性的高4倍。在等离子体传播期间，电子密度几乎相同，为1至2 $\cdot$ 10 $^{25}$ m $^{-3}$的量级，并且在脉冲结束之后衰减超过15 ns。得出的结论是，等离子体的传播受低密度区域中的场效应的控制，该区域由纳米空隙或电极周围超临界水中的密度波动产生，该波动是由等离子体点燃时的压力产生的。
2021-02-04 physics.plasm-ph
Gasdynamic Flow Control by Superfast Local Heating in a Strongly Nonequilibrium Pulse Plasma
本文综述了近年来在高度非平衡脉冲等离子体中利用放热进行气动流动控制的研究工作。主要的注意力是基于气体的超快（在大气压下的纳秒时间尺度上）局部加热的效果，因为目前在使用气体放电的高速流量控制中的主要成功与这种热效应相关联。详细考虑了控制放电与气流相互作用的物理机制。第一部分简要介绍了等离子体空气动力学中脉冲局部能量沉积的最流行的方法：纳秒表面阻挡放电，脉冲火花放电，和纳秒/飞秒激光放电。在这些放电中实现的高电场，以及在放电等离子体的衰减过程中，空气的超快加热的机制进行了分析。评论的第二部分包含了许多等离子体控制气体动力学流动的例子。超音速物体前方激波形态的控制及其轨迹的控制;准定态分离流和分离层的控制;层流-紊流过渡的控制;大迎角下边界层静态和动态分离的控制;以及等离子体激励器在各种天气条件下的操作;和等离子体作为飞行物防冰工具的应用。
2020-06-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Amorphous carbon film deposition on inner surface of tubes using atmospheric pressure pulsed filamentary plasma source
在内径为6 mm、外径为8 mm的石英管的内表面上沉积均匀的非晶碳膜。在含有甲烷混合物的氩气中，在管内产生长等离子体细丝（~ 140 mm）作为正放电。FTIR-ATR、XRD、SEM、LSM和XPS分析表明，沉积膜是由未氢化的sp2碳和氢化的sp3碳组成的非晶态。等离子体的特点是使用光学发射光谱，电压-电流测量，显微摄影和数值模拟。在观察到的等离子体参数的基础上，薄膜沉积过程的动力学进行了讨论。
2011-04-24 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
Plasma Decay of Nanosecond Pulsed Laser-Produced Ar and Ar-H2O Sparks at Atmospheric Pressure
Department of Mechanical Engineering, University of Minnesota（明尼苏达大学机械工程系）
研究大气压下纳秒激光产生氩气和氩-水蒸气火花的等离子体衰减，通过汤姆孙散射与斯托克展宽技术测量电子密度和温度，验证了双极扩散和复合过程的可靠性。
2026-01-24 physics.optics physics.plasm-ph
