On the electron sheath theory and its applications in plasma-surface interaction
电子鞘层是一种特殊的富电子鞘层，具有负净电荷，其中等离子体电位低于偏置电极。在这里，电子鞘理论的理解得到了改善，同时使用流体和动力学的方法，阐述其影响等离子体表面相互作用。首次提出了考虑电子鞘层结构的流体模型，避免了电子鞘层Child-Langmuir定律中的奇异性。后者被证明低估了鞘电位。随后，建立了电子鞘层的动力学模型，由于电子速度分布函数和有限的离子温度，相对于流体模型显示出相当不同的鞘层轮廓。该模型，然后进一步推广涉及更现实的截断离子速度分布函数。结果表明，这样的分布函数产生一个超热电子鞘层，其进入速度在鞘层边缘是大于所规定的玻姆准则，这意味着一个潜在的省略校准问题的探针测量。此外，试图将自洽的预鞘鞘匹配的动力学框架内，现实鞘入口和列入动力学效应之间的必要的妥协。最后，分析了电子鞘层中鞘层加速等离子体电子引起的次级电子发射，给出了鞘层电势与等离子体和壁面特性的耦合关系。
2021-07-21 physics.plasm-ph
Sheath instabilities in Hall plasmas devices
在霍尔等离子体中发现了具有开放磁场线的新型不稳定性。结果表明，鞘层电阻率的结果在一个强大的不稳定性驱动的平衡电场。这些不稳定性在霍尔等离子体器件的反常输运中起着至关重要的作用。
2012-03-30 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
Resolving the mystery of electron perpendicular temperature spike in the plasma sheath
一个大的等离子体族具有比非中性鞘层宽度长得多的碰撞平均自由程，其与等离子体德拜长度成比例。等离子体，特别是电子，在鞘层中呈现出很强的温度各向异性。鞘流方向上的温度（$T_{e\parallel}$）较低，并且由于加速鞘流的减压冷却而朝向壁下降。在鞘层中，沿流场横向的电子温度（$T_{e\perp}$）不仅较高，而且还出现尖峰。发现$T_{e\perp}$尖峰的这种异常行为是鞘层中横向自由度的平行热通量（$q_{es}$）的负梯度的结果。非零热通量$q_{es}$是由电子的俯仰角散射引起的，通过它们与自激电磁波在近无碰撞等离子体中的相互作用或碰撞等离子体中的库仑碰撞，或两者在等离子体碰撞性的中间区域。
2023-02-02 physics.plasm-ph
Plasma sheath physics: A circuital description, amelioration, and application
本文综述了等离子体鞘层的电路模型分析方法，阐释其电感、电容和电阻特性的物理机制，并讨论了该模型在多个研究领域的应用及相对非电路方法的优势。
2025-06-04 physics.plasm-ph
Measurement of the vertical non-uniformity of the plasma sheath in a complex plasma
采用衰减振荡法，基于相互作用力的线性近似，实验测量了复杂等离子体鞘层中两个垂直排列的尘埃粒子之间的各向异性相互作用力.实验数据表明，虽然两个粒子都受到排斥力，但上面的粒子受到的力比下面的粒子更大。这个结果可以用离子尾场来解释，因为下部粒子驻留在由穿过鞘层和围绕上部粒子的流动离子产生的离子尾场内。
2009-06-03 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
Plasma-sheath effects on the Debye screening problem
评述了等离子体中孤立带电粒子产生的静电场的经典德拜-休克尔屏蔽效应。基本的数学模型，特别是弱场近似的有效性进行了分析。它示出的等离子体鞘周围的测试粒子和由此产生的电荷屏蔽效应的存在下是必不可少的描述的等离子体是强耦合的。
2006-01-31 physics.plasm-ph
A Nonlinear Two-Sheath Circuit Model for Low-Pressure Symmetric and Asymmetric Capacitively Coupled Radio-Frequency Plasmas
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）
本文提出非线性双鞘层电路模型，统一描述对称与不对称低压电容耦合射频等离子体，揭示不对称性增强谐波与串联共振振荡的机理。
2026-10-02 physics.plasm-ph
Experimental Measurement of Overlapped Sheaths
由于等离子体鞘层环境的复杂性，实验上很难在狭窄的几何结构中测量等离子体特性，其中鞘层从相反的边界重叠。由于这种几何形状经常在工业等离子体应用中发现，因此这种类型的精确测量具有重要意义。在本文中，我们采用微米级的尘埃颗粒作为非微扰探针的等离子体环境。粒子自由落体技术，然后被用来测量鞘层配置文件中产生的射频等离子体玻璃盒。结果表明，该技术可以识别等离子体的工作条件，在相对的壁鞘开始重叠，以及效果的大小。
2022-09-29 physics.plasm-ph
Effect of two temperature electrons in a collisional magnetized plasma sheath
本文用数值方法研究了双温电子碰撞磁化等离子体的鞘层结构和离子能流。低温电子用麦克斯韦分布描述，高温电子用截断麦克斯韦分布描述。已经观察到，高温电子在鞘层电势以及离子到壁的能量通量中起主要作用。鞘层中碰撞的存在对鞘层的性质具有显著影响。对这类系统的研究有助于理解等离子体表面相互作用。
2019-07-24 physics.plasm-ph
Sheath collapse at critical shallow angle due to kinetic effects
已知在磁化等离子体中，当电子回旋半径足够小，且磁场与壁面之间的夹角很小时，德拜鞘会完全消失。这个角度取决于墙上的电流。当德拜鞘层消失时，穿过磁预鞘层的等离子体与壁面之间仍然存在电位降。对应于预测的鞘层塌陷的磁场角被示出为远小于先前的估计，缩放与电子-离子质量比，而不是与质量比的平方根。这被证明是一个后果的动力学电子和有限离子轨道宽度的影响，这是不捕获的流体模型。计算了德拜鞘消失时等离子体体的壁面势。在这个壁势之上，德拜鞘可能会反转。
2022-02-04 physics.plasm-ph
A Deep Learning Approach to Describing the Plasma Sheath
University of Florida（佛罗里达大学）
本文提出利用物理信息神经网络PINN，无需实验或模拟数据，高效预测等离子体鞘层在不同物理保真度下的参数解，提供有效的替代模型。
2026-06-05 physics.plasm-ph
Vlasov Simulation of Emissive Plasma Sheath with Energy-Dependent Secondary Emission Coefficient and Improved Modeling for Dielectric Charging Effects
采用一维VlasovPoisson数值模拟程序研究了考虑电子感生次级电子发射（SEE）和背散射的等离子体鞘层。在等离子体模拟中，一般认为单粒子效应系数为常数，本文建立了改进的带电介质壁单粒子效应模型，该模型考虑了壁面充电对单粒子效应系数的影响以及单粒子效应系数的能量依赖性。详细研究了在等离子体模拟中实现上述SEE模型的相关算法。结果表明，随着负壁电荷量的增加，单粒子效应系数增大，而负壁电荷量的增加又降低了发射鞘层电位。与经典发射鞘层理论所预言的线性关系相反，鞘层势是等离子体电子温度的非线性函数，且与能量有关。结合壁电荷效应和SEE系数能量依赖性的模拟表明，在高的等离子体电子温度水平下，鞘层电位和表面电荷饱和，形成空间带电的有限鞘层。此外，还对动力学模拟中实现后向散射的不同算法进行了测试和比较。通过有效的SEE系数将背散射电子转换为次级电子，对鞘层性质几乎没有影响。模拟结果表明，是相称的升级鞘理论的预测。
2022-09-20 physics.plasm-ph
The properties of plasma sheath containing the primary electrons with a Cairns-distribution
Department of Physics, School of Science, Tianjin University（天津大学理学院物理系）
研究含冷正离子、二次电子和初级电子的等离子体鞘层性质，推导广义Bohm准则和Bohm速度，新壁面浮势及新临界二次电子发射系数，揭示非热Cairns分布参数对鞘层性质的显著影响。
2026-03-18 physics.plasm-ph
Particle in cell calculation of plasma force on a small grain in a non-uniform collisional sheath
用多维粒子网格程序COPTIC计算了碰撞直流等离子体鞘层中特定电荷和高度的粒子所受的等离子体力。未扰动鞘层的背景离子速度分布函数随碰撞性而显著变化。发现颗粒力与背景电场力加上离子拖曳力的组合相当一致。然而，拖曳力必须考虑到非麦克斯韦（和空间变化）的离子分布函数，和碰撞阻力增强。它示出了如何将无量纲的结果转化为实际的平衡，包括其他力，如重力。
2013-09-02 physics.plasm-ph
Probing the sheath electric field with a crystal lattice by using thermophoresis in dusty plasma
通过加热或冷却下电极来操纵悬浮在改进的气体电子会议（GEC）参比池鞘中的二维尘埃晶体。尘埃电荷是通过测量悬浮晶体的全局特性而获得的，这些全局特性是从俯视图获得的。从力平衡的角度出发，对鞘层中的电场进行了重构。从玻姆判据出发，我们得出尘埃晶体主要悬浮在经典玻姆点的上方和下方。
2010-10-20 physics.plasm-ph
Plasma sheath tailoring by a magnetic field for three-dimensional plasma etching
提出利用磁场结合掩模调控等离子体鞘层，通过E×B漂移实现三维方向性刻蚀，并经实验和2d3v PIC/MCC模拟验证。
2023-11-15 physics.plasm-ph
Effects of oxidation and impurities in lithium surfaces on the emitting wall plasma sheath
本研究针对聚变装置中锂壁氧化影响二次电子发射的问题，采用能量相关的数据驱动发射模型模拟鞘层结构变化，发现氧化会提升壁面电子通量与净能量传递，为理解壁面侵蚀机制提供参考。
2025-05-21 physics.plasm-ph
Effects of the neutral point of dust charge in plasma sheath
本文用数值方法研究了尘埃粒子在鞘层中的荷电过程，利用通常的流体近似，将其推广到尘埃粒子荷电自洽变化的情形。粒子电荷成为一个新的自洽动力学变量，发现尘埃粒子首先在鞘层边缘带负电，然后在鞘层中开始带正电。数值结果表明，尘埃粒子的初始速度、粒子的大小以及鞘层边缘离子与电子的密度比都对尘埃粒子的电荷中性点有影响。尘埃电荷的中性点影响尘埃密度的空间分布。
2010-05-25 physics.plasm-ph
Bounds imposed on the sheath velocity of a dense plasma focus by conservation laws and ionization stability condition
在过去50年的稠密等离子体聚焦研究中收集的实验数据与鞘层传播的雪犁模型一致，该模型基于磁压驱动等离子体进入前方中性气体和风压阻止其运动之间的假设平衡。由此产生的鞘层速度，或数值比例驱动参数，是已知的近似恒定的装置优化的中子生产超过8个十年的电容器组的能量。本文表明，雪犁假说的有效性，与一些校正，以及鞘层速度对设备参数的非依赖性，有其根源的质量，动量和能量的局部守恒定律耦合电离稳定性条件。鞘层速度的上限和下限都与工作气体的材料常数有关，而与器件的几何形状和电容器组阻抗无关。
2014-08-21 physics.plasm-ph
Enhanced entropy production in heat-flux-driven plasma sheath
等离子体鞘层为非平衡开放环境中等离子体的热能、动能和电能的强非线性耦合提供了舞台。的压力，速度，和静电势的配置文件强烈地依赖于内部侧（前鞘）上给出的边界条件。通过控制热通量和离子马赫数的边界值，我们求解了一组关于离子温度和静电势的方程。由于边界离子温度的变化，离子速度和静电势的边界值发生变化。当热通量超过阈值（由离子马赫数确定）时，温度对比度增强，导致大的熵产生。
2016-12-28 physics.plasm-ph
Continuum kinetic investigation of the impact of bias potentials in the current saturation regime on sheath formation
在这项工作中，我们研究鞘层的形成中存在的偏置电位在电流饱和制度的脉冲功率聚变实验。重要的是要了解壁处的颗粒和热通量如何影响壁材料并影响电极降解。使用1X-1V玻尔兹曼-泊松系统的质子-电子等离子体中的偏置电位范围从0到10千伏的存在下进行模拟。结果表明，在没有偏置电势的情况下，高电势壁附近的鞘层基本上保持与经典鞘层相同。然而，鞘层附近的低电位壁变得更加突出，随着更大的电位降，电子密度的显着降低，和更大的鞘层长度。随着偏置电位的增加，空间恒定电流密度增加到饱和值。电流由低电势壁处的离子和高电势壁处的电子支配。随着偏置电位的增加，热流密度在高电位壁处趋于饱和，在低电位壁处趋于零。计算结果与理论结果有一定的一致性，但由于理论中的简化假设和模拟中考虑的动力学效应，计算结果与理论结果有一定的差异。由于良好分辨的1X-2 V模拟的显著计算成本，对于显示更高电流的5 kV情况，仅执行一次这样的模拟。
2023-01-03 physics.plasm-ph
X-band microwave generation caused by plasma-sheath instability
众所周知，由于浸没在等离子体中的正偏压电极附近的等离子体鞘层的不稳定性，可能出现电子等离子体频率的振荡。这种不稳定性是由电子通过鞘层时的渡越时间效应引起的。由于电极附近中性气体的额外电离，这种振荡表现为低功率短尖峰。在这里，我们提出的第一个结果时，得到的额外的电离消除。我们成功地延长了振荡在整个时间的正偏压施加到电极。这些振荡可以在比以前报道的高得多的频率（几十GHz与几百MHz相比）和几十mW的功率下获得。这些结果与所提出的理论估计相结合可能是有用的，例如，用于等离子体诊断
2011-09-13 physics.plasm-ph
On the role of secondary electron emission in capacitively coupled radio frequency plasma sheath: a theoretical ground
提出了低压下发射电容耦合射频等离子体鞘层的理论基础。假设射频鞘层是无碰撞的，并与外部源振荡。在推导鞘层动力学方程时，以已知的正弦电压代替电流作为前提条件。进行动力学研究，以确定平均壁电位作为二次发射系数和施加的电压幅度的函数，与完整的平均DC鞘被解决。通过均匀模型下的解析分析和非均匀模型下的数值分析，得到了鞘层的空间电位、电容和随机加热等实时特性。所得结果通过无电离的连续动力学模拟进行了验证。利用粒子模拟方法研究了次级电子引起的碰撞和电离效应，进一步验证了所提出的理论，并对今后的工作有一定的启发。
2019-06-30 physics.plasm-ph
Electron sheath evolution controlled by a magnetic field in modified hollow cathode glow discharge
本文研究了改进空心阴极源直流磁化等离子体中电子鞘层的形成。放电由两个平面平行的阴极和一个小立方体的阳极放在离轴的中心。氩等离子体的产生和响应于鞘层形成阳极附近的等离子体的属性进行了研究，使用电气和光学诊断。研究了气压、磁场对放电电流、等离子体电位、等离子体密度和电子温度等放电参数的影响。放电显示在临界外加磁场下阳极辉光的开始，表明电子鞘层和双层的形成。放电电流最初降低;然而，当阳极上出现阳极斑点时，放电电流再次开始升高。阳极辉光形成的临界磁场取决于工作压力和放电电压。用朗缪尔探针和光谱诊断方法详细研究了离子鞘层到电子鞘层的转变过程。阳极附近的等离子体电位在从离子鞘层向电子鞘层过渡的过程中降低。当阳极斑点完全形成时，等离子体电势锁定在氩气的电离电势上。系统的研究表明，在转变过程中，电子温度升高，等离子体密度下降的散装等离子体。放电的光谱显示存在强的氩原子和离子线。这些谱线的强度在两个鞘层之间的过渡期间显示出下降。在形成阳极斑点之后，由于电子鞘层中增强的电离和激发过程，在放电电流和浮动电位中观察到5-20 kHz量级的振荡。
2018-08-29 physics.plasm-ph
Experimental Observation of a Dusty Plasma Crystal in the Cathode Sheath of a DC Glow Discharge Plasma
传统上，在射频（RF）放电等离子体中观察和研究了尘埃等离子体晶体，并且它们在DC辉光放电等离子体中的形成仍然具有实验挑战性。本文报道了在直流辉光放电等离子体阴极鞘层中首次观测到稳定的尘埃等离子体库仑晶体。在DPEx装置中进行观察，其中在氩等离子体的背景下产生单分散三聚氰胺甲醛颗粒的晶体。通过大量的测量，包括径向对关联函数、Voronoi图、Delaunay三角剖分、结构序参量、尘埃温度和库仑耦合参数，证实了该结构的晶体性质。允许这样的晶体形成的DPEx设备的特殊功能划定和一些主要的物理特性的晶体进行了讨论。
2018-11-13 physics.plasm-ph
Behaviors of positively charged fine particles in a cross field sheath between magnetized double plasmas
研究了等离子体参数对带电微粒悬浮位置的影响。在水平磁场垂直分隔的不同电势的磁化双等离子体之间的交叉场鞘层中，粒子上的电荷变为正电荷，因为从下部高电势等离子体流动的离子电流超过从上部低电势等离子体穿过磁场的电子电流。通过测量由外部振荡电场驱动的粒子的共振频率，估计粒子上的电荷为10 e ~ 2的量级。粒子悬浮位置的变化可以用电荷的变化来解释。
2004-11-09 physics.plasm-ph
Determination of the levitation limits of dust particles within the sheath in complex plasma experiments
通过改变放电功率，在射频等离子体放电中，灰尘颗粒悬浮在通电电极上方不同高度处。从放电室顶部落下的颗粒的轨迹被用来重建作用在颗粒上的垂直电力。由此产生的数据，连同从自洽流体模型的结果，被用来确定在放电中的尘埃颗粒的悬浮下限和近似的高度以上的下电极，其中获得准中性，定位鞘边缘。然后将这些结果与当前的护套模型进行比较。它还表明，在鞘边缘的几个电子德拜长度内悬浮的粒子位于电场的线性增加的部分之外。
2011-12-07 physics.plasm-ph
On the construction of a local curvilinear coordinate system conforming to the native curved geometry of the plasma focus sheath
本文详细介绍了一个局部右手，正交曲线坐标系的建设，其轴是沿着局部切线，局部方位角和局部正常的解析定义的三维旋转表面，其形状模仿的形状的等离子体聚焦电流鞘。各种微分算子的表达式是在一个教程的格式，为年轻的研究人员和非专业人士的利益。在这个坐标系中表达的物理问题将受益于等离子体聚焦鞘层的自然对称性。例如，电流密度的法向分量为零，速度主要具有法向分量。这份文件旨在作为一个现成的参考，希望它会被发现有用。
2022-09-20 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
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
Plasma fireball sheath dynamics: A brief review and meta-analysis
本文综述了等离子体火球鞘层的形成机制、相关不稳定性及触发条件，比较了规则与反向火球的实验差异，并展望了理论与应用前景。
2025-05-25 physics.plasm-ph
A dynamic analysis of magnetized plasma sheath in a collisionless scenario with ion sources
在本文中，主要关注的是分析在无碰撞条件下控制磁化等离子体鞘层内离子动力学的力的影响。电离效应被认为是在鞘内。磁场在x-z平面内倾斜，并与x轴成一定角度。本文的动机是看到的影响，场强的变化和倾斜角度的变化对鞘内的力场。还计算了粒子速度场的节距长度和节距角，并发现其随倾斜角和磁场强度而变化很大。的洛伦兹力和能量的离子，而向墙壁移动的作用被突出显示。两种不同的离子源之间的比较也已前景。
2017-02-17 physics.plasm-ph
Probing the sheath electric field using thermophoresis in dusty plasma. Part I: Numerical analysis
结合自洽的二维尘埃等离子体流体模型和三维N体程序的计算结果，确定了尘埃粒子悬浮在改进的GEC参考池鞘层中的平衡位置和晶体结构，其中下电极被加热或冷却。德拜长度，电荷和电场重建在亚毫米尺度上通过应用先前开发的，独立的方法。然而，这种方法似乎高估了电荷，因此低估了电场。即使校正了这一事实，结果表明，尘埃悬浮在玻姆点的等离子体侧。离子阻力，这是没有完全考虑到。
2009-07-01 physics.plasm-ph
Revisiting the plasma sheath - dust in plasma sheath
在这项工作中，我们已经考虑了在等离子体中的相当多的尘埃粒子存在的壁附近的温暖的等离子体鞘的形成。作为一个例子，我们已经使用了月球等离子体鞘层的相关参数，虽然在这项工作中获得的结果可以应用到任何其他物理情况，如实验室等离子体。在离子声学时间尺度中，我们忽略了尘埃动力学。尘埃粒子通过影响泊松方程来影响鞘层动力学，泊松方程决定鞘层区域中的等离子体电势。我们假设在整个分析过程中，尘埃粒子的电流是平衡的。这使得晶粒电位依赖于等离子体电位，然后将其纳入泊松方程。由此产生的数值模型成为一个初始值问题，这是由1-D积分微分方程，然后解决自洽地将包含在泊松方程中的尘埃电位所造成的等离子体电位的变化。
2016-01-11 astro-ph.EP physics.plasm-ph
High frequency sheath modulation and higher harmonic generation in a low pressure very high frequency capacitively coupled plasma excited by sawtooth waveform
采用粒子模拟方法研究了锯齿波激励下低压甚高频电容耦合等离子体（CCP）的放电不对称性、高次谐波产生和电子加热机制.两个电流密度，50 A/m2和100 A/m2被选择用于在氩等离子体中的5 mTorr的恒定气压。驱动频率从13.56 MHz变化到54.24 MHz。在较低的驱动频率下，观察到接地电极处瞬时鞘边缘位置的高频调制。这些高频振荡在鞘层边缘附近产生多个电离束状结构，其驱动放电中的等离子体密度，并且在较低驱动频率下负责放电/电离不对称性。相反地，电极电压显示在较高驱动频率下的高次谐波产生，并且在体等离子体中观察到相应的电场瞬变。在较低的驱动频率下，电子加热是最大的鞘层边缘附近的电子冷却等离子体块内，然而，交替加热和冷却，即突发状结构，在较高的驱动频率下获得。这些结果表明，在这些放电中的电子加热将无法准确地描述简单的分析模型。
2020-07-19 physics.plasm-ph
Continuum Kinetic Simulations of Plasma Sheaths and Instabilities
仔细研究等离子体-材料相互作用对于理解和改进等离子体接触壁的设备的操作是必不可少的。这项工作的主要贡献包括（i）新的连续动力学算法与新的边界条件，直接离散的弗拉索夫/玻尔兹曼方程使用不连续Galerkin方法，（ii）等离子体鞘物理的基础研究与碰撞，电离和基于物理的壁发射，和（iii）动力学韦伯不稳定性的线性增长和非线性饱和的理论和数值研究，包括其在等离子体鞘中的作用。连续动力学算法已被证明是比较好的朗缪尔波的朗道阻尼和双流不稳定性的理论预测。基准也进行了电磁韦伯不稳定性和良好的协议之间的理论和模拟。电场的作用是显着的非线性饱和的韦伯不稳定性，这是没有注意到在以前的研究。重点放在了解等离子体鞘层物理是必不可少的研究等离子体-材料相互作用。初始模拟使用无碰撞模型来匹配经典鞘层理论和玻姆准则。介绍了碰撞算子和基于体积物理的源项，并简要讨论了热通量的影响。新的物理为基础的边界条件的开发和包括在一般的方式与连续动力学算法有界等离子体模拟。这是第一个连续动力学模拟使用自洽，壁发射边界条件，具有广泛的适用性，在各种制度。
2018-09-17 physics.plasm-ph
The effect of ambipolar electric fields on the electron heating in capacitive RF plasmas
我们调查的电子加热动力学正电氩和氦电容耦合RF放电驱动在13.56 MHz的粒子在细胞模拟和分析模型。该模型允许计算电极鞘外的电场，在射频周期内解析空间和时间。电子被发现被加热的强双极电场外的鞘层膨胀的阶段，除了经典的鞘层膨胀加热。通过跟踪单个电子，我们还表明，电离主要是由电子碰撞与扩大鞘边缘多次在一个阶段的鞘膨胀由于背散射向鞘碰撞。需要在鞘膨胀的一个阶段期间这些不同加热事件的协同组合来将电子加速到高于电离阈值的能量。鞘外的双极电场被发现是时间调制的，由于时间调制的电子平均能量所造成的鞘膨胀加热的存在下，只有在一个给定的电极的RF周期的一半。这种时间调制导致在鞘层外的高电场区域内的电子在时间平均上加热多于冷却。如果在护套塌陷期间存在电场反转，则该时间调制以及因此护套膨胀和塌陷的阶段之间的不对称性将被增强。我们建议，双极电子加热应包括在模型中描述的电容RF等离子体中的电子加热。
2016-02-04 physics.plasm-ph
Using Dust as Probes to Determine Sheath Extent and Structure
两个原位实验方法中，尘埃粒子被用来确定鞘层的程度和增益信息的时间平均电力配置文件内的RF等离子体鞘层。这些方法是有利的，因为它们不仅是简单和快速执行，但它们也可以使用标准的尘埃等离子体实验设备进行。在第一种方法中，当尘埃颗粒穿过等离子体落到下电极时，对其进行跟踪。这些轨迹然后被用来确定作为高度以及鞘的范围的函数的粒子上的电力。在第二种方法中，在宽范围的RF电压下测量灰尘颗粒悬浮高度。在两个实验之间观察到了相似之处，但是为了理解这些观察结果背后的基本物理学，使用自洽流体模型复制了相同的条件。通过流体模型和实验结果的比较，它表明，表现出的悬浮高度是独立的RF电压的粒子指示鞘边缘-准中性体等离子体和鞘之间的边界。因此，这两个简单和廉价的，但有效的，方法可以应用在广泛的实验参数，在任何地基RF等离子体室，以获得有用的信息，鞘层，这是需要解释的尘埃等离子体实验。
2016-08-02 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
Floating potential of emitting surfaces in plasmas with respect to the space potential
浮动发射表面与周围等离子体之间的电势差可以用几种鞘层模型来描述，包括空间电荷限制鞘层、高发射电流电子鞘层和电荷交换离子俘获产生的反鞘层。我们的测量结果表明，这些模型中的每一个都有自己的有效性制度。我们确定相对于等离子体电位的发射灯丝的电位，强调发射电流密度和中性粒子密度的变化。在扩散等离子体中的细丝的电位首先被示出为消失，与电子鞘模型和增加的电子发射一致。在一个更密集的等离子体与充足的中性压力，浮丝电位是积极的，所预测的衍生离子捕获条件。最后，灯丝在第三个等离子体中负浮置，其中流动的离子和电子以及不可忽略的电场可能破坏了离子捕获。根据所选择的方案，发射表面可以相对于等离子体电势正或负浮动。
2018-03-06 physics.plasm-ph
Effect of collisions on the plasma sheath in the presence of an inhomogeneous magnetic field
本文研究了低压磁化等离子体鞘层性质对非均匀磁场中离子-中性粒子碰撞的依赖性。考虑了自洽的一维双流体水动力学模型，并对方程组进行了数值求解。研究表明，等离子体鞘层的宽度扩大和空间电荷增加的碰撞。离子与中性粒子的碰撞和不均匀的磁场限制了离子向表面的运动。通过选择合适的磁场配置和离子-中性碰撞频率，可以控制离子向壁的运动。同时还对两种不同磁场配置进行了比较，以区分现场常见的情况。这项研究的结果应该有助于理解等离子体约束和等离子体处理材料中离子的复杂动力学。此外，目前的工作旨在建立一个框架，磁化等离子体的任何任意磁场配置文件的双流体建模。这里提供的分析应作为今后在相关领域开展工作的基础。
2021-05-01 physics.plasm-ph
A radio-frequency sheath model for complex waveforms
由射频电压驱动的等离子体鞘层经常发生，从等离子体处理应用到磁约束聚变实验。这些鞘层是至关重要的，因为它们主要影响阻抗，功率吸收，离子加速，有时附近等离子体的稳定性。因此，对鞘层行为的分析理解是重要的，无论是内在的还是作为更复杂的理论结构中的一个元素。在实践中，这些射频护套通常由高度非谐波波形激励，但是对于这种一般情况不存在分析模型。在这封信中，我们提出了一个数学上简单的鞘模型，可以解决基本上任意的激励波形。我们表明，该模型是在较早的单频激励模型，我们通过例子展示了如何开发一个复杂的波形的解决方案。该解与仿真数据吻合较好。这种简单而准确的模型有可能得到广泛的应用。
2012-12-11 physics.plasm-ph
The origin of large amplitude oscillations of dust particles in a plasma sheath
在低密度的等离子体环境中，纳米尺寸的带电粒子很容易悬浮。在低压下，悬浮颗粒被观察到自发地围绕平衡位置振荡。在多粒子系统中，这些振荡可以催化各种非平衡的集体行为。在这里，我们报告的自发振荡的单个粒子，保持稳定的几分钟，在振幅和频率惊人的规律性。振荡幅度也可以超过1厘米，几乎比以前观察到的大一个数量级。使用一个集成的实验和数值方法，我们展示了如何一个单独的粒子的运动可以用来提取的静电力和平衡电荷的变化在等离子体鞘。此外，使用延迟充电模型，我们能够准确地捕捉粒子运动的非线性动力学，并估计粒子在等离子体环境中的平衡充电时间。
2020-06-08 physics.plasm-ph
Temporal behavior of microwave sheath-voltage combination plasma
微波鞘层-电压组合等离子体（MVP）是高密度等离子体源，并且可以用作合适的等离子体处理装置（例如，离子化物理气相沉积）。在本报告中，氩MVP沿直流偏置钛棒持续的时间行为进行了研究。观察到两种等离子体模式，一种是“氧化态”（OS）在微波等离子体的早期，另一种是“电离溅射态”（ISS）在后期的时间。等离子体从OS到ISS的过渡导致等离子体的可见颜色的显著变化，这是由等离子体密度的显著增加引起的，如通过朗缪尔探针测量的。在OS中，等离子体以Ar离子为主，密度约为10^11 cm^-3。在ISS中，来自钛棒的金属离子对离子组成有很大贡献，并产生了更高密度的等离子体（10^12 cm^-3）。在非常低的输入微波功率（约30 W）下，沿钛棒长度产生几乎均匀的高密度等离子体。光学发射光谱测量证实了溅射Ti离子和Ti中性在ISS的存在。
2015-03-23 physics.plasm-ph
Electron Preheaths: The Outsized Influence of Positive Boundaries on Plasmas
电子鞘在物体表面附近形成，比等离子体电势偏置得更正，例如在朗缪尔探针迹线的电子饱和区域中。通常，电子鞘层的形成要求电子收集面积比离子收集面积足够小（$\sqrt{2.3m_e/M}$倍）。它们通常被认为是收集随机热电子流的局部现象，但不会干扰等离子体。在这里，使用实验嵌入在墙上的电极，粒子在细胞模拟和理论，它表明，在低温等离子体条件下（$T_e \gg T_i$）电子鞘是远离本地。相反，长的预鞘区（超过70 $λ_D$）延伸到等离子体中，在那里电子经由压力梯度被加速到超过鞘边缘处的电子热速度的流速。这种快速流动被发现激发不稳定性，导致鞘边缘附近的强烈波动。
2016-10-04 physics.plasm-ph
Effects of parallel magnetic fields on sheaths near biased electrodes in a highly collisional Z-pinch plasma
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；University of Washington（华盛顿大学）
研究平行磁场对Z-pinch等离子体中偏置电极附近鞘层的影响，发现磁化电子回旋导致鞘层形成，电流方向和大小受磁场影响显著。
2026-01-15 physics.plasm-ph
Electron dynamics at the initial stage of floating-sheath formation
阐述了插入等离子体中的导电平板前面的鞘层形成问题。最初，假设板是中性的。结果表明，极板的充电过程伴随着电子等离子体波的激发。
2004-10-24 physics.plasm-ph
Sheath constraints on turbulent magnetised plasmas
研究小倾角磁化等离子体鞘层对湍流边界的约束，通过尺度分离与沿场结构假设推导广义动力学 Bohm-Chodura 判据，揭示切向电场和 ExB 漂移的作用。
2024-06-24 physics.plasm-ph
A multi-sheath model for highly nonlinear plasma wakefields
提出了一种改进的描述非线性等离子体尾流场的相速度接近光速，并与完全动力学粒子模拟进行了比较。这些尾场由强粒子束或激光激发，将等离子体电子径向向外推动，产生由电子鞘层包围的离子泡，电子鞘层由源项$S \equiv -\frac{1}{en_p}(ρ-J_z/c)$表征，其中$ρ$和$J_z$是电荷和轴向电流密度。以前，鞘源项是用一个正定函数唯象地描述的，导致了一个正定尾流势。实际上，尾流电势在离子柱的后部是负的，这对于自注入和精确的束流加载模型是重要的。为了解释这一点，我们引入了一个多鞘模型，其中的源项，$S$，等离子体尾可以是负的离子泡以外的区域。利用这个模型，我们得到了一个新的表达式的尾流势和一个修正的微分方程的气泡半径。从这些方程得到的数值结果进行了验证，对卸载和加载尾流的粒子在细胞模拟。新的模型提供了准确的预测的形状和持续时间的拖尾束流轮廓，扁平等离子体尾场。它也被用来设计一个所需的纵向变化加载尾流场的拖尾束。我们提出了激光尾流场的光束加载结果，并讨论了如何在未来的工作中可以改善激光驱动器的模型。最后，我们讨论的多鞘和单鞘模型的预测梁加载之间的差异。
2021-03-24 physics.plasm-ph
Ion thermal effects in oscillating multi-ion plasma sheath theory
本文讨论了双离子电子等离子体中离子温度的影响，并建立了一个适用于振荡鞘层理论的模型。流体和动力学模型之间的差异已被指出，以及近似动力学描述（其中涉及等离子体色散函数的扩展）和精确的动力学描述之间的差异。结果表明，近似动力学描述，第一，不能描述自然存在于等离子体中的额外的声学模式与一个额外的离子人口与有限的温度，和，第二，它会产生一个不准确的朗道阻尼体离子声学模式。这两个失败的原因进行了说明。除此之外，提出了一种流体模型，该模型能够捕获近似动力学描述中缺失的这两个特征，即，两个（快和慢）离子声模式，以及相应的朗道阻尼的两种模式。
2008-11-03 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
Particle-in-cell study of the ion-to-electron sheath transition
本文用二维粒子模拟方法研究了小电极附近鞘层的形成，研究了偏压从等离子体电位以下到以上的变化。研究了五个案例：（A）在等离子体电位以下偏置超过电子温度（$T_e/e$）的电极，（B）在等离子体电位以下偏置小于$T_e/2e$的电极，（C）几乎在等离子体电位下偏置的电极，（D）在等离子体电位以上偏置超过$T_i/2e$但小于$T_e/2e$的电极，以及（E）在等离子体电位以上偏置远大于$T_e/2e$的电极。在情况（A）中，观察到电子速度分布函数（EVDF）是麦克斯韦的，具有玻尔兹曼型指数密度衰减通过离子鞘和预鞘。在情况（B）和（C）中，由于快速电子克服电极和等离子体之间的小电势差，EVDF表现出损失锥型截断。没有鞘层存在于这个制度，等离子体保持准中性的电极。EVDF截断导致类似于前鞘的密度和流速梯度。在情况（D）中，存在电子鞘，并且基本上所有离子都被排斥。这里，截断驱动的行为持续存在，但伴随着在负偏置情况下不存在的EVDF的最大值的移位。在情况（E）中，流动偏移变得更大，损失锥进一步移动到EVDF的尾部。在这种情况下，流动力矩对EVDF最大值的流动位移和损失锥截断都有重要贡献。
2016-04-27 physics.plasm-ph
