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
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
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
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
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
Plasma production by helicon waves with single mode number in low magnetic fields
使用方位角模式数为$|m|$ = 1的三种类型的螺旋波激励天线在低磁场（0-10 mT）中进行射频放电。在相位螺旋天线的情况下，等离子体密度的最明显峰值仅在几mT处产生，其中具有$|m| = 1$的螺旋波纯粹被激发并传播。基于色散关系的分析很好地解释了密度峰现象之间的对应关系天线的一个波长和螺旋波长。$m=+1$螺旋波即使在高磁场中也能传播，在高磁场中没有观察到密度峰，但$m=-1$螺旋波消失。从理论上可以预期，$m=-1$螺旋波在低密度区表现出截止行为，[M. Kramer，Phys. Plasmas 6，1052（1999）]，并且实验观察到的$m=-1$螺旋波的截止与计算值一致。
2004-10-20 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
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
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
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
Discharge properties of a magnetized cylindrical capacitively coupled plasma discharge
本研究针对同轴圆柱间磁化圆柱形电容耦合等离子体放电特性，搭建自研电路与射频补偿朗缪尔探针，用二次谐波技术测EEDF并评估射频电子磁化的体加热效应，结合氩气放电平衡方程验证外磁场对等离子体特性的提升作用。
2024-12-11 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
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
A study of magnetically-supported dc discharge in cylindrical and inverted cyclindrical configuration
本文研究了同轴圆柱形磁支撑直流放电的随机涨落。在该系统中，电场具有径向方向，而磁场施加轴向。放电容器的长度为12厘米。工作气体通常为氩气，压力为几Pa，磁场为10-50 mT。的贡献描述了实验结果-频率和相位分析的不稳定性，我们在我们的实验系统中检测到的常规和倒置磁控管配置。我们还提出了直流放电的二维PIC模型的条件下，这可以在实验装置实现。
2004-10-22 physics.plasm-ph
A global model of cylindrical and coaxial surface-wave discharges
本文建立了一个体积平均的全球模型来研究圆柱形或同轴结构内的表面波放电。中性和离子壁通量的自洽估计的基础上简化的分析描述为正电性和负电性等离子体。模拟结果进行了比较，从各种放电设置的氩气或氧气，测量或从文献中获得的实验数据，连续和脉冲调制的功率输入。一个很好的协议之间观察到的模拟和测量。计算表明，壁通量往往大大有助于个别物种的净损失率。
2016-12-21 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
Exploration of Helicon Plasmas for Wakefield Accelerators at the Madison AWAKE Prototype
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
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
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
Discharge characteristics of a low-pressure geometrically asymmetric cylindrical capacitively coupled plasma with an axisymmetric magnetic field
本文实验研究了轴对称磁场对低压几何非对称圆柱形电容耦合等离子体放电特性的影响，发现磁场可调控放电非对称性、电子温度及 EEDF，并实现离子能量与通量的独立控制。
2023-06-01 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
The impact of magnetic geometry on wave modes in cylindrical plasmas
空间和实验室等离子体都可以与静态磁场相关联，并且场的几何形状从均匀到非均匀变化。本论文主要研究磁性几何对圆柱等离子体中波模的影响。圆柱形的配置被选择，以探索这种影响，在一个易于处理的，但实验上可实现的配置。三种磁性的几何形状被认为是：均匀，集中和波纹。这些研究表明，抑制漂移波在均匀磁化的等离子体通过增加场强，提高螺旋波生产的等离子体的效率，通过使用一个聚焦磁场，并形成一个间隙本征模的线性等离子体装置通过引入一个局部缺陷系统的周期性，这是有用的理解间隙模式的形成和与高能粒子在聚变等离子体的相互作用。
2015-03-18 physics.plasm-ph
Experimental investigation of an electronegative cylindrical capacitively coupled geometrically asymmetric plasma discharge with an axisymmetric magnetic field
本研究在几何不对称圆柱形电容耦合射频放电中混合电负性氧气与电正性氩气，探究轴向磁场对负离子产生的影响。磁场引起ExB漂移，约束高能电子于边缘，降低体相密度与负离子比例，但升高电子温度。结论表明低磁场更利于负离子生成，且磁场与气体比例共同调控负离子比例。
2024-05-23 physics.plasm-ph
The dynamics of discontinuities in a cylindrical energy deposition based on a nanosecond discharge
实验记录了在空气中圆柱形结构的纳秒级大电流放电过程中二次冲击波的聚焦。使用高速阴影记录（高达300 000帧/秒）的新兴非定常流，圆柱对称的气体动力学间断可视化：从放电等离子体边界移动的发散冲击波，将冲击加热的气体与由放电等离子体激发的非平衡区域分离的发散接触间断，以及从接触表面移动到对称轴并在放电后50-60微秒聚焦在其上的会聚压缩波（二次冲击波），形成加热的长寿命索。
2021-08-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Density models for streamer discharges: beyond cylindrical symmetry and homogeneous media
流注放电经常用密度模型（也称为漂移-扩散-反应模型）的计算机模拟来研究。我们回顾这些模型，详细介绍了它们的物理基础，它们的有效性范围和最相关的数值算法在解决它们。我们特别关注自适应细化的计划，用于解决多个长度尺度的流光放电，而不需要很高的计算成本。然后，我们报告最近的结果，从这些模型，强调发展超越圆柱对称流光在均匀介质中传播。
2010-11-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electric discharge contour dynamics model: the effects of curvature and finite conductivity
在本文中，我们提出了完整的推导过程中的有效轮廓模型的放电，这似乎作为渐近极限的最小流光模型的传播的放电，当电子扩散是小的。它由两个积分微分方程定义在等离子体区域的边界：一个运动和第二个方程的净电荷密度在界面处。我们计算了圆柱对称的显式解，并在有限电阻率的情况下找到了小扰动的色散关系。我们实现了一个数值程序来解决我们的模型在一般情况下。因此，我们计算的色散关系的圆柱形的情况下，并将其与分析预测。与实验数据的2-D正流光放电的比较和预测确认。
2011-07-11 physics.plasm-ph
Controlling azimuthal spoke modes in cylindrical Hall thruster using a segmented anode
方位角轮辐状模式通常发生在ExB放电。轮辐模式的自然发生与等离子体参数的变化有关。在这里，而不是让这些变化自然发生，我们报告了一种技术，通过调整阳极的边界条件，积极控制的发言。该技术证明使用圆柱形霍尔推力器配备了分段阳极。通过改变阳极段的电压和相对相位，方位角模式的性质可以被显著改变，如快速相机图像和探针诊断所示。这种技术可以扩展到其他霍尔放电，以便诱导或抑制方位角活动，从而控制设备的操作和性能。
2018-09-03 physics.plasm-ph
Flexible plasma multi-jet source operated in radial discharge configuration
根据最近的一项研究，描述了一个灵活的等离子体源在平面几何形状，冷大气等离子体射流（CAPJ）矩阵的性能从一个软圆柱表面在露天放射状发出。该等离子体装置具有12 cm的长度和5.4 cm的外径，该等离子体装置具有在其侧表面中产生的一组小出口。介质阻挡放电（DBD）维持等离子体射流产生在两个同轴电极之间流动的氦气中，这两个同轴电极由绝缘带和由聚合物泡沫制成的圆柱形壁隔开。两种操作模式被认为是：在相同的轴向位置（刷模式）和在恒定的方位角（梳状模式）的三个对齐的CAPJ的四个等距的CAPJ。所有的放电，激发15千赫-交流电压在3.8千伏的振幅，导致在均匀的长度和强度的射流。消耗的放电功率在0.1和1 W之间已估计从电流-电压测量。光学发射光谱（OES）表明，在DBD的活性区和射流余辉区的羟基，氮分子和氦原子的优势。CAPJ的这种新设计预期用于处理中空和精细部件的内表面以用于活化或愈合目的的有前景的应用。
2021-08-29 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
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
Tunable Transmissive Metagratings Using Single Layer Cylindrical Plasma Discharges
提出一种基于等离子体放电的单层可重构透射超光栅，通过调谐等离子体频率实现主透射波瓣在-41°、0°和41°间切换，效率高且反射低。
2025-09-26 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Quantitative schlieren imaging coupled with inverse Abel transformation for flow field studies in a cylindrical surface DBD
University Sorbonne Paris Nord（索邦巴黎北大学）
研究圆柱表面介质阻挡放电流场，采用定量纹影成像与逆阿贝尔变换相结合的方法，记录流场参数，识别出相关温度和密度极值，揭示流场扰动，表明电流体动力学效应主导流场，凸显该定量纹影技术在介质阻挡放电研究中的重要性。
2026-07-22 physics.plasm-ph
Study on the atmospheric pressure homogeneous discharge in air assisted with a floating carbon fibre microelectrode
基于增加初始电子数和为放电空间提供合适的电场强度分布的考虑，提出了一种采用浮动碳纤维电极的线-柱型电极结构实现空气中大气压均匀放电的方法。对电极特性的研究表明，该结构可以充分利用碳纤维微电极的微放电过程和螺旋电极良好的放电效果，为放电空间提供充足的初始电子。另外，这种结构中电场分布的不均匀性和渐变性有利于电子雪崩的缓慢增长。从而降低了初始放电电压，抑制了附加放电通道的形成，为大气中的均匀放电提供了理论上的可能。实验结果表明，在6.0kV的外加电压下，在内径为6 mm的PFA管中可以实现三维均匀放电，放电均匀性好，放电规模大。
2020-04-09 physics.plasm-ph
Machine learning assisted optical diagnostics on a cylindrical atmospheric pressure surface dielectric barrier discharge
本研究将机器学习算法与光学诊断结合，准确预测圆柱形表面介质阻挡放电的运行条件并评估发射均匀性，为等离子体应用的实时控制与优化开辟新途径。
2024-04-22 physics.data-an physics.plasm-ph
Dynamic Contraction of the Positive Column of a Self-Sustained Glow Discharge in Air Flow
研究了对流冷却矩形通道内空气中自持辉光放电的动态收缩过程。建立了一个圆柱坐标系下等离子体收缩的二维数值模型。该过程是由一组随时间变化的连续性方程的电子，正离子和负离子;气体和振动温度;和方程，占对流热和等离子体损失的横向通量。分析了从均匀状态到收缩状态的转变。结果表明，这种转变经历一个滞后，并在气体密度下降时，过渡的临界电流增加。讨论了电流沿背景气体密度梯度流动时等离子体的收缩态和均匀态共存的可能性。
2013-11-25 physics.plasm-ph
Azimuthal structures and turbulent transport in Penning discharge
采用2D 3V径向-方位PIC/MCC模型，在轴向磁场作用下，研究了圆柱形Penning放电中的方位结构。由于电子的轴向注入，放电由电离自洽地支持。结果表明，稳态放电可以支持在两个不同的制度与不同类型的观察到的方位角结构。两种状态之间的转换受放电能量输入机制的控制。在第一种状态（注入电子的低能量）中，由于明显的$m=1$轮辐活动，功率输入由径向电流和自洽电场引起的能量吸收主导。在另一种状态（注入电子的较高能量）中，具有普遍的小尺度$m>1$螺旋结构和较低值的异常传输，沉积到放电的总能量较低，并且主要是由于来自轴向电子束的动能的直接输入。我们发现，大（m=1）辐条和小尺度结构发生的结果西蒙-Hoh和较低的混合不稳定性驱动的电场，密度梯度，和碰撞。我们表明，辐条频率遵循平衡离子旋转频率。
2022-10-30 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
A generalized Townsend's theory for Paschen curves in planar, cylindrical, and spherical geometries
在这项工作中，我们专注于两个电极之间产生的等离子体放电与高电势差，导致中性粒子的电离支持电流的气体介质。在低电流和低温下，这个过程可以产生发光发射：所谓的辉光放电和电晕放电。Townsend（1900）理论中使用的平行板几何形状使我们能够发展出一种理论形式，其临界电压的显式解有效地再现了实验帕邢曲线。然而，大多数放电过程发生在非平行板的几何形状，如多相流中的颗粒或冰粒之间的放电。在这里，我们提出了一个概括的经典平行板配置同心球和同轴圆柱形的几何形状在地球，火星，土卫六，金星大气。在球形情况下，小半径有效地表示尖锐的尖端杆，而较大的厘米级半径表示圆形或钝头。类似地，在圆柱形情况下，小半径将对应于细线。我们解决的间隙中的连续性方程和估计的临界半径和最小击穿电压，允许中性气体的电离和形成的辉光放电。我们表明，辉光日冕更容易形成在火星的低压，$CO_2$丰富的大气比地球的高压大气。此外，我们提出了土卫六和金星的故障标准。我们进一步证明，临界电压最小值发生在0.5厘米$\cdot$托的所有三个调查的几何形状，这表明更容易启动周围的灰尘和水云毫米大小的颗粒，可以很容易地扩展到检查其他多相流与惯性颗粒。
2022-12-10 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.plasm-ph
Electron multiplication in nanovoids at the initial stage of nanosecond discharge in liquid water
利用Geant 4-DNA中的蒙特卡罗模拟研究了在大体积液态水中由于外电场而形成的纳米空隙中电子通过类似于弹跳的加速运动而倍增的过程。我们的研究结果表明，在金属/液体界面处开发的初始电荷可以倍增，并在皮秒时间尺度上沿外部电场的方向扩展，由于无碰撞的内部的纳米结构。两种不同的电子倍增机制的特征被揭示和表征。我们发现，电子可以在圆柱形纳米结构内加速，同时从空隙/水界面反弹。模拟预测几何条件导致电荷倍增沿空隙，而不是电子捕获或热化散装液体。我们的研究结果是一致的，最近验证的因果关系之间的电致伸缩引起的扰动散装液体，和随后形成的发光细丝证明高能电子的存在。
2021-01-31 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
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
A domain-decomposition method to implement electrostatic free boundary conditions in the radial direction for electric discharges
在高压下，放电通常生长为细长的细丝。在数值模拟中，理想情况下，这种大的纵横比应该转换为一个狭窄的圆柱形计算域，尽可能接近地模拟放电。然而，放电的发展是由静电相互作用驱动的，如果计算域不够宽，施加到外部边界上的静电势的边界条件对放电有很强的影响。大多数放电数值代码通过使用宽计算域或通过积分无限域的格林函数来计算边界条件来规避这个问题。在这里，我们描述了一个准确和有效的方法来施加自由边界条件的细长放电。为了便于使用我们的方法，我们提供了一个示例实现。
2018-02-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic Theory of Transport Driven Current in Centrally fuelled Plasmas
当稳态圆柱形等离子体放电是中心燃料，碰撞的径向电子通量是正则耦合到轴向电流。这种输运驱动电流的识别和分析，以前报道的无碰撞模拟[W。Nunan和J.M. Dawson，Phys. Rev. Lett. $\mathbf{73}$，1628（1994）]，解析地解决，并扩展到碰撞制度的第一原理动力学模型。无碰撞径向输运用标准准线性模型描述，碰撞速度各向异性弛豫用朗道动力学方程描述。当考虑捕获粒子修正时，该动力学模型的解给出了中心燃料稳态托卡马克中输运驱动电流随热核功率和放电参数变化的解析表达式。对于ITER类型的放电，与中央燃料，电流约为1兆安培的预测，由第一原理分析动力学模型。
2018-03-22 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
Gyrokinetic simulations of the influence of electron cyclotron current drive on tearing mode instabilities in tokamaks
用回旋动力学方法模拟了HL-2A和DIII-D装置中电子回旋电流驱动和离子动力学效应对m/n=2/1撕裂模（TM）不稳定性的影响。用有限质量电子模型计算了TM的演化，用射线追迹和Fokker-Planck方法得到了射频电流源。在HL-2A装置中，连续的1 MW 68 GHz X ~ 2模可以很好地稳定TM，而在DIII-D装置中，由于输入功率不足，1 MW 110 GHz X ~ 2模只能部分稳定不稳定性（CR= I_{rf} / I_{0}，其中Irf为波驱动电流，I 0为平衡等离子体电流）。结果还表明，螺旋电流驱动比连续ECCD更有效。GTC模拟的分析表明，无论是在HL-2A和DIII-D，离子的存在可以减少岛的宽度以及生长速率。此外，热离子对TM的动力学效应被发现是更明显的离子温度越高。
2018-07-10 physics.plasm-ph
Three dimensional complex plasma structures in a combined radio frequency and direct current discharge
我们报告的第一个详细的分析大的三维（3D）复杂的等离子体结构的实验中进行的纯射频和射频+直流放电模式。电感耦合等离子体（ICP）是由一个射频线圈在0.3毫巴的压力下缠绕在垂直放置的圆柱形玻璃管。此外，直流等离子体可以通过在远离射频线圈的管端的电极上施加电压来产生。注入的单分散颗粒悬浮在线圈下方的等离子体中。使用扫描激光片和高分辨率相机来确定约$10^5$颗粒的3D位置。所观察到的碗状粒子云揭示了各种结构的共存，包括良好区分的固体状，不太有序的液体状，和明显的弦状相。提出了识别弦状结构的新准则。
2013-04-03 cond-mat.soft physics.plasm-ph
Mode transitions and spoke structures in ExB Penning discharge
本文通过二维 particle-in-cell 模拟研究了圆柱形 ExB Penning 放电，发现随外部磁场增强放电经历一系列方位角模式转换，从 m>1 螺旋臂结构转变为 m=1 轮辐模式，并分析了电离、能量守恒及边界几何对模式动力学的影响。
2025-01-26 physics.plasm-ph
Azimuthal mode decomposition Particle in Cell algorithm for cylindrical plasma sources
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
本文提出一种方位角模态分解粒子网格算法，利用圆柱几何的傅里叶分解，将二维问题简化为一维耦合问题，实现谱精度并节省一个数量级计算时间，用于低温等离子体模拟。
2026-09-21 physics.plasm-ph
A Global Enhanced Vibrational Kinetic Model for Radio-Frequency Hydrogen Discharges and Application to the Simulation of a High Current Negative Hydrogen Ion Source
针对Busek公司研制的新型强流负氢离子源（HCNHIS），建立了全局增强振动动力学（GEVKM）模型。和伍斯特理工学院HCNHIS由一个高压射频放电（RFD）室，其中产生的氢分子的高振动态，旁路系统，喷嘴，和一个低压负氢离子产生区域，其中$\text{H}^-$产生的低能量电子的离解连接到旋转振动激发的氢分子。GEVKM是从用于电感耦合RFD室的圆柱形几何形状的Wang Chang-Uhlenbeck方程导出的多温度化学反应等离子体的矩方程发展而来的。模型中包含的物种为$\text{H}(n), n=0-3, \text{H}_2(v), v=0-14, \text{H}^+, \text{H}_2^+, \text{H}_3^+, \text{H}^-$和$e$。将体积平均稳态连续性方程与电子能量方程、总能量方程和腔壁传热方程耦合求解，得到等离子体组分的体积平均数密度、电子温度、重粒子温度和腔壁温度。GEVKM的补充是一套全面的表面和体积化学过程的振动和电离动力学的氢等离子体。为旁路管和喷嘴中的流动开发的分析边界条件考虑了稀疏效应，并通过将RFD室中的压力预测与压力测量值进行比较来验证。GEVKM在不同等离子体反应器的宽压力和吸收功率范围内进行了验证和确认，并用于HCNHIS的RFD室的参数研究，氢气入口流量为5-1000 sccm，吸收功率为200-1000 W。
2017-09-20 physics.plasm-ph
Numerical study of secondary electron emission in a coaxial radio-frequency driven plasma jet at atmospheric pressure
在这项工作中，我们研究了在大气压下工作的同轴射频驱动等离子体射流的数值模型。由于圆柱对称性，使用了其他三维结构的适当的2-D表示。采用氦氧化学反应方案。我们研究了内电极和插入的介质管发射的次级电子的效应，并讨论了它们对放电行为的影响。我们的结论是，适当的材料选择可以提高所需的操作模式，这样的等离子体射流的材料和表面处理。
2011-05-23 physics.plasm-ph
Reversal of the Asymmetry in a Cylindrical Coaxial Capacitively Coupled Ar/Cl2 Plasma
圆柱形同轴电容耦合等离子体的等离子体鞘层电压的不对称性的减少对于凹三维结构（包括超导射频腔）的内表面的有效表面改性是至关重要的。一个关键的不对称效应是负直流自偏置，由于与外电极相比，内电极等离子体鞘层的表面积较低，因此在内电极等离子体鞘层上形成。研究了内电极结构的几何修饰对自偏压的影响。内电极的形状选择为圆柱管、大、小螺距波纹管和盘载波纹结构（DLCS）。所有这些形状的直流自偏置测量采取在不同的工艺参数在Ar/Cl 2放电。观察到负的直流自偏置电位反转为正的DLCS内电极，并且由于等离子体不对称性的减少而实现了最佳的蚀刻速率。
2015-06-30 cond-mat.supr-con physics.acc-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
Three-dimensional calculations of the inductive coupling between radio-frequency waves and plasma in the drivers of the SPIDER device
本文通过三维轴对称计算模拟SPIDER装置驱动器中射频波与等离子体的感应耦合，验证了与二维结果的吻合，并估计了功率分配，发现总功率与吸收功率之比为30%-45%。
2023-10-15 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
