Kinetic modeling of the electronic response of a dielectric plasma-facing solid
我们提出了一个面向等离子体的电介质固体的电子响应的自洽动力学理论。基于Poisson方程和两组空间分离的Boltzmann方程，一组用于等离子体中的电子和离子，另一组用于介质中的导带电子和价带空穴，该方法给出了由于等离子体中的电子和离子的永久流入而在界面处形成的双电层的准稳态密度和电势分布。这两套玻尔兹曼方程连接的量子力学匹配条件的电子分布函数和半经验模型的空穴注入模仿离子在表面的中和。动力学建模的关键是壁内的双极性，导致电子-空穴复合条件，以及双层与壁和等离子体内部深处的准中性无场区域的合并。为了表明该方法的可行性以及潜力，我们将其应用到无碰撞，完全吸收界面使用本征和非本征二氧化硅和硅表面接触的两个温度的氢等离子体作为一个例子。
2017-06-25 physics.plasm-ph
Designing tungsten armoured plasma facing components to pulsed heat loads in magnetic fusion machines
提出基于FHF和FUF的钨装甲设计规则，通过实验与工程原理结合，允许特定热负荷循环次数并支持多负荷组合，为聚变装置组件设计提供指导。
2024-10-17 physics.plasm-ph
Infrared spectroscopy of surface charges in plasma-facing dielectrics
本文提出了一种利用电介质作为多内反射元件，通过红外光谱测量等离子体与电介质界面处表面电荷积累的方法。多余的电荷导致发射信号的衰减，由此可以推断电荷的大小。计算光学响应微扰在一阶从玻尔兹曼方程的电子空穴等离子体内部的固体，我们可以表明，在感兴趣的参数范围内的一个经典的德鲁德项的结果。只有整合的表面电荷进入，从而打开了测量数据的非常有效的分析。
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Creating localized plasma wave by ionization of doped semiconductors
局域等离子体波可以通过突然电离具有空间周期性掺杂剂密度的非本征半导体来产生。在冶金结处的内置静电势与电子密度波纹相结合，提供了在电离时激发持久等离子体波的确切初始条件。这种方法可以产生频率在几太赫兹到亚太赫兹之间的等离子体波，而没有实质性的阻尼。滞留的等离子体波可以种子后向拉曼放大在很宽的范围内的共振频率，直到极紫外区。啁啾波矢量和弯曲的波前允许在纵向和横向维度上聚焦放大的光束。这种方法的主要限制似乎是从固态材料获得足够低的等离子体密度，以避免碰撞阻尼。
2019-07-03 physics.plasm-ph
Predictive study of non-axisymmetric neutral beam ion loss on the upgraded KSTAR plasma-facing components
本研究利用加入三维碰撞检测的 NuBDeC 代码和升级后钨偏滤器 CAD 模型，预测 KSTAR 中 NBI 离子损失在 PFCs 上的非轴对称热通量分布及参数影响。
2025-03-14 physics.plasm-ph
Quantum dot on a plasma-facing microparticle surface: Thermal balance
已知半导体纳米晶体（量子点）表现出量子限制斯塔克效应，该效应在其光致发光光谱响应于外部电场的位移中显现出来。因此，提出了使用沉积在微粒表面上的量子点用于低温等离子体中微粒所获得的电荷的光学测量。在这项工作中，考虑了一个量子点的热平衡驻留在一个微粒的表面浸没在等离子体中。对于典型的等离子体参数，在周期性脉冲等离子体条件下，由其温度的振荡引起的量子点的光致发光的光谱偏移在表征量子点和微粒$\sim 10^9$ ~s $^{-1}$之间的热接触的有效热通量处变得不可检测。在这些条件下，在等离子体脉冲期间观察到的整个光谱位移应归因于由于微粒电荷引起的量子限制斯塔克效应。量子点和微粒之间直接接触的有效热通量的下限估计为$\sim 10^{12}$ ~s $^{-1}$。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Measuring the plasma-wall charge by infrared spectroscopy
我们表明，由介电等离子体面向固体积累的电荷可以通过红外光谱测量。该方法利用了一堆材料支持在红外表面等离子体共振。对于频率附近的Berreman共振的层面临的等离子体的反射率下降-测量从背面的堆栈，不与等离子体接触-强烈依赖于入射角，使其成为一个理想的传感器的层的介电函数的变化，由于被困的过剩电荷的极化。作为入射红外线的角度和频率的函数的电荷诱导的倾斜的移位足够大，以通过衰减全反射设置来测量。
2018-09-10 physics.plasm-ph
Surface plasmon oscillations in a semi-bounded semiconductor plasma
研究了半束缚半导体等离子体中表面等离子体激元振荡的色散特性，其中包括电子和空穴自旋极化引起的库仑交换力的影响以及费米简并压力和量子玻姆势的影响.从耦合到泊松方程的量子流体力学（QHD）模型出发，导出了表面等离子体波的一般色散关系。恢复了此上下文中之前的结果。表面波的色散特性进行了分析，在一些特定的情况下的兴趣和量子力对这些波的相对影响也进行了研究，为纳米尺寸的GaAs半导体等离子体。结果表明，库仑交换效应显著地改变了表面等离子体波的行为。所得结果可用于了解固体密度等离子体中表面波的传播特性。
2017-10-10 physics.plasm-ph
Quantum effects in piezoelectric semiconductor plasmas : Solitons and transmission feasibility
本文基于量子流体动力学模型研究了压电半导体量子等离子体中晶格离子振动与电子波的耦合，推导出非线性演化方程并获得具有尖点轮廓的孤子解，发现孤子场振幅随粒子密度和耦合强度显著增加。
2025-04-03 physics.plasm-ph
Effect of Spin Polarization on Lattice Vibrations and Electron Wave Interactions in Piezoelectric Semiconductor Quantum Plasma
本文研究磁场引起的自旋极化对压电半导体量子等离子体中晶格振动、电子波相互作用及声波放大的影响，采用改进的SSE-QHD模型推导色散关系与增益系数，发现量子效应降低波频率但显著提升声学增益，自旋极化则使频率和放大略有增加。
2025-04-04 physics.plasm-ph
A Possible Method of Carbon Deposit Mapping on Plasma Facing Components Using Infrared Thermography
Association Euratom - CEA sur la Fusion Contrôlée（欧洲原子能共同体-法国原子能和替代能源委员会聚变控制协会）；Centre d'Etude de Cadarache（卡达拉奇研究中心）
从面向等离子体的部件的表面侵蚀的材料部分地再沉积在高热通量区域附近。在这些位置处，沉积物被等离子体加热，并且沉积图案取决于操作参数而演变。矿床的测绘仍然是一项紧张的科学活动，特别是在实验活动期间。一种方法的基础上比较的表面温度图，获得原位红外摄像机和理论建模。两者之间的差异归因于沉积材料增加的热阻，并表示为沉积厚度。该方法受益于详细的成像技术，如可能性理论和模糊逻辑。结果与停机期间通过目视检查获得的沉积物图一致。
2020-09-25 cs.CV physics.class-ph physics.ins-det
Electron Acoustic Solitary Structures in Nanoparticle Doped Semiconductor Quantum Plasma
本文基于量子流体动力学模型，研究了掺杂纳米颗粒的半导体量子等离子体中电子声波的色散关系与非线性孤立结构，发现量子效应稳定高频波传播，而纳米颗粒增强色散并使孤子具有更高振幅与更宽结构。
2025-04-04 physics.plasm-ph
Plasma burn-through simulations using the DYON code and predictions for ITER
本文将讨论模拟完整的电离过程（即等离子体烧穿），创造高温等离子体的基础。通过施加电场，气体被电子雪崩过程部分电离。为了提高电子温度，剩余的中性粒子需要在等离子体烧穿阶段完全电离，因为辐射是电子功率损失的主要贡献。辐射功率损耗可能会受到与面向等离子体的部件相互作用产生的杂质的显著影响。DYON代码是由欧洲联合圆环（JET）开发的等离子体烧穿模拟器[1] [2]。利用等离子体壁相互作用模型，以自洽的方式计算了等离子体温度和等离子体密度（包括杂质含量）的动态演化。最近在JET安装了铍墙，使得在新的金属等离子体面对部件的情况下，能够验证等离子体烧穿模型。等离子体烧穿阶段的模拟结果显示一致的良好协议，对实验在射流，并解释在等离子体启动与旧的碳等离子体面临的组件期间观察到的差异。在国际热核聚变实验反应堆（ITER）中，允许的环形电场被限制为0.35 [V/m]，这与当前设备中使用的典型值（~ 1 [V/m]）相比显著更低。环向电场的限制也缩小了ITER等离子体形成过程中其他操作参数的范围。因此，预测模拟等离子体烧穿在ITER使用验证模型是至关重要的。本文提供了一个概述的DYON代码和验证，以及新的预测模拟ITER使用DYON代码。
2014-03-04 physics.plasm-ph
Integrated modeling of boron powder injection for real-time plasma-facing component conditioning
该研究耦合 EMC3-EIRENE、DIS 与更新后的 WallDYN3D，建立硼粉注入及壁面混合材料迁移的集成模型，揭示输运沉积规律并支撑实时原位硼化应用。
2024-12-06 physics.plasm-ph
Edge-localized-mode heat load effects on plasma-facing materials studied using runaway electrons in the Damavand tokamak
Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）
达马万德托卡马克通过研究失控电子热负荷模拟ELMs对等离子体面材料的影响
2025-11-29 physics.plasm-ph
Eliminating poor statistics in Monte-Carlo simulations of fast-ion losses to plasma-facing components and detectors
随着Wendelstein 7-X的启动和运行，以及ITER的建设正在进行，预测敏感的等离子体面对组件和探测器的快离子损失正在引起人们的极大兴趣。执行这种研究的常见方法是沿着它们的运动方程推动大量标记粒子，用考虑库仑碰撞的蒙特卡罗算子随机化轨迹，并记录标记轨迹与合成检测器或第一壁中的感兴趣区域的可能交叉点。虽然实现起来简单且易于并行化，但由于检测器域通常很小，因此这种前向蒙特卡罗（FMC）方法往往会遭受统计和误差估计不佳的问题：很难猜测如何设置标记的初始权重和位置，以保持它们代表源分布，但记录足够的命中检测器以获得良好的统计。作为替代方案，FMC方法可以用所谓的反向蒙特卡罗（BMC）算法代替。不是从给定的初始标记群体开始，而是从检测器处的结束条件开始，并记录命中概率如何随时间向后演变。该方案消除了FMC方案中存在的统计问题，并且可以提供对快离子损失信号的更准确和有效的模拟。本文的目的是解释快离子设置中的BMC配方，并讨论相关的细微差别，特别是如何否定人工扩散。为了说明的目的，我们的数值例子认为1-D随机谐振子作为一个带电粒子的模拟。
2019-05-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Excitation of bulk and surface wakefields by a relativistic electron bunch in plasma of semiconductors and semimetals
研究了半导体和半金属等离子体中相对论电子束团激发的体尾波场的时空结构。结果表明，这些尾场由纵向等离子体激元场和切伦科夫电磁辐射场组成，切伦科夫电磁辐射是半导体或半金属波导的一组本征电磁波。在具有轴向真空通道的波导中出现了表面等离子体激元的分支。研究了相对论电子束团尾流激发表面等离子体激元的过程。确定了激励尾流表面波的强度。
2021-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Scrutinizing the Debye plasma model: Rydberg excitons unravel the properties of low-density plasmas in semiconductors
对于低密度等离子体，尽管由于在确定原子系统中等离子体引起的单粒子能量移动方面的问题，该范式缺乏明确的实验证明，但Debye-Hückel理论所描述的经典极限仍然被认为是一个合适的描述。我们表明，里德伯激子在具有高的主量子数的状态是高度敏感的探针，为他们的周围，使之有可能准确地解开低密度非简并电子空穴等离子体的基本性质。为此，我们准确地测量里德堡激子的参数，如能量和线宽的吸收光谱中的散装氧化亚铜晶体，其中定制的电子-空穴等离子体已产生光学。由于从吸收光谱激子能量，以及由带边给出的单粒子能量的移动，可以直接导出，测量允许我们独立地确定等离子体密度和温度，这一直是半导体物理中的一个众所周知的难题。我们的分析表明，毫不含糊的是，等离子体的影响不能描述的经典德拜模型，但需要一个量子多体理论，不仅在这里研究的半导体等离子体，但一般。此外，它揭示了一个新的激子散射机制与耦合等离子体声子模式变得重要，即使在非常低的等离子体密度。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Thermionic Cooling of the Target Plasma to a Sub-eV Temperature
有界等离子体的当代模型假设目标等离子体电子温度远远超过从目标发射的冷电子的温度T_emit。我们表明，当鞘层面临的碰撞等离子体变得倒置，目标等离子体电子温度必须等于T_发射，即使上游等离子体是热的数量级。在许多应用中，这种极端的冷却效果可以改变等离子体的性质和到电子发射表面的热传输。它也开启了一种可能性，即利用电子偏滤器板在托卡马克中诱导分离。
2019-01-18 physics.plasm-ph
Observation of thermal events on the plasma facing components of Wendelstein 7-X
目前和未来的磁聚变装置的长脉冲操作需要复杂的方法来保护面向等离子体的部件免于过热。通常，热成像系统被用来完成这项任务。然而，稳态操作需要系统的自主操作和异常事件的全自动检测。Wendelstein 7-X（W7-X）是一个大型先进仿星器，旨在展示仿星器生产线作为未来聚变发电厂的能力，目前正在做出重大努力，开发一个基于热成像诊断的全自动系统。2018年10月，第一个基于偏滤器的实验活动已经完成。这一运行阶段（称为OP1.2）的目标之一是使用由细粒石墨瓦制成的非冷却试验偏滤器研究岛式偏滤器概念的能力。在整个活动中，可以测试红外成像诊断系统，该系统将用于在下一个实验活动的稳态操作期间保护主动水冷等离子体面对部件（PFC）。概述了OP1.2中使用该系统检测到的与PFC最相关的热事件。这包括在活动期间限制操作的事件，如挡板热点和偏滤器过载，在稳定状态操作中可能至关重要的事件，如前缘，由ECRH和NBI加热系统引起的事件，以及作为假警报的常见来源的其他事件，如表面层。检测到的热事件现在是一个重要而广泛的图像数据库的一部分，该数据库将用于通过计算机视觉和机器学习技术进一步自动化系统，为稳态操作做准备，当系统必须能够检测危险事件并实时保护机器时。
2019-10-09 nucl-ex physics.ins-det physics.plasm-ph
The plasma spectrum effect on acoustic wave amplification by carrier drift in semiconductors
本文讨论了等离子体振荡对半导体中载流子漂移引起的声波放大的影响。一个连续介质理论的基础上发展的流体动力学方程的传导电子，方程的弹性振动的晶体，和泊松方程。结果表明，当等离子体频率远小于电子在声子和杂质上散射的弛豫时间的倒数时，计算结果与基于电导-扩散方程的计算结果一致。然而，在相反的情况下，放大因子与通过这些计算预测的值相比大几个数量级，而最佳漂移速度小得多。
2007-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Intense boundary emission destroys normal radio-frequency plasma sheath
等离子体鞘层是将等离子体与边界隔离的非中性空间电荷区。当向电极施加射频电压时形成射频（RF）鞘。通常，外加偏压主要由屏蔽外场的射频鞘层消耗。在这里，我们报告的第一个证据表明，强烈的边界发射破坏正常的RF鞘层，并建立了一种新型的RF等离子体的外部偏压消耗散装等离子体，而不是鞘层。离子被自然地限制，而等离子体电子是畅通无阻的，在整个等离子体中产生强大的RF电流，结合独特的粒子和能量平衡。提出的模型为面向等离子体部件的离子侵蚀减轻提供了可能性。对等离子体加工中的反应速率控制和波模转换技术也有一定的启示。
2020-02-18 physics.plasm-ph
Carbon Film in Radio Frequency Surface Plasma Source with Cesiation
据推测，SNS RF SPS中的持续cesiation与在套环转换器上的碳膜沉积有关。具有碱沉积的石墨的功函数依赖性没有金属和半导体的典型最小值，并且最终功函数更高。由于这个原因，来自铯化金属和半导体的H-二次发射的概率可以高于来自铯化碳膜的H-二次发射的概率，但是碳膜保持铯化更长时间并且可以以低铯消耗操作。
2018-08-17 physics.plasm-ph
Local and regular plasma oscillations in bulk donor type semiconductors
当中性或带电杂质原子的外层电子相对于内层带电核发生位移时，回复力作用于外层电子的电子云。因此，偶极振荡的出现，显着影响的色散规律的等离子体振荡体施主半导体。假设外层电子从基态到第一激发态只有一次跃迁是必要的，计算了色散规律。结果表明，计算得到的色散规律由两个分支组成，一个分支源于导带自由电子的规则等离子体振荡，另一个分支源于束缚在杂质原子上的外层电子的局域振荡.
2007-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Electromagnetic surface modes in a magnetized quantum electron-hole plasma
研究了表面电磁波沿均匀磁场在量子电子空穴半导体等离子体中的传播。利用量子隧穿效应发现了一种新的前向传播模式，这是以前没有报道过的。在经典极限（$\hbar\rightarrow 0$）的低频模式之一被发现类似于实验观察到的$n$型InSb在室温下。的表面模式被示出显着修改的情况下，高电导率的半导体等离子体中的电子和空穴可能会退化。讨论了外加磁场和量子隧穿效应对表面波模的影响。
2011-04-13 physics.plasm-ph
Effects of size of an oxide layer on the surface properties of lithium irradiated by deuterium plasma
本研究探究氧化膜生长对聚变装置面向等离子体表面锂膜氘循环特性的影响，明确氧杂质的成层机制，并提出通过测量氘粒子反射概率测定氧化层厚度的可行方法。
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.atom-ph
Runaway electron-induced plasma facing component damage in tokamaks
该路线图文章针对托卡马克逃逸电子致等离子体面对部件损伤威胁未来聚变堆的问题，提出通过跨学科研究结合实验、诊断与多尺度建模来厘清相互作用，最终指导 mitigation 策略与 resilient 部件设计以保障下一代聚变电站安全运行。
2025-06-12 physics.app-ph physics.plasm-ph
In-situ coating of silicon-rich films on tokamak plasma-facing components with real-time Si material injection
本研究在DIII-D托卡马克中通过杂质颗粒注入器注入硅弹丸，验证了实时材料注入可在偏滤器面向等离子体部件上原位形成富硅涂层，为长脉冲反应堆的PFC涂层实时补充提供了可行技术路径。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Electron microphysics at plasma-solid interfaces
固体对等离子体和等离子体对固体的最基本的反应是电的。双电层由固体束缚的富电子区（壁电荷）和等离子体束缚的贫电子区（等离子体鞘层）组成。但自从等离子体物理产生以来，人们一直只对等离子体鞘层进行了广泛的研究。城墙上的炸药受到的关注要少得多。特别是鲜为人知的是，在operando面向等离子体的固体的电子结构，以及它如何影响壁电荷的时空尺度。这种观点的目的是鼓励通过现代表面物理学的技术来调查这片隐姓埋名的土地。利用我们自己对等离子体-固体界面电子微观物理的理论探索和通过红外反射率测量壁电荷的建议来进行讨论，我们希望能够为开始这样的努力提供足够令人信服的理由。它们将在等离子体和表面物理学的交叉点上为应用和基础研究开辟一个新的舞台。
2020-11-13 physics.plasm-ph
A necessary condition for perpendicular electric field control in magnetized plasmas
Poulos [Phys. Plasmas（2019），$\mathbf{26}$，022104]提出的静电模型用于描述磁化等离子体柱上和沿磁化等离子体柱的电势分布，用于阐明控制垂直电场的能力。面对端电极之间的有效电连接被示出为条件的等离子体柱纵横比和电导率比$σ_\perp/σ_{\parallel}$的平方根的无量纲参数$τ$函数的小。对所选的一组过去的端电极偏置实验的分析证实，在已经成功地证明了垂直电场剪裁的实验中，该参数很小。另一方面，在未能证明控制的实验中，该参数为$\mathcal{O}(1)$，表明离子-中性碰撞频率过大。更好地理解的各种贡献$σ_\perp$需要获得进一步的见解端偏置实验结果。
2019-11-18 physics.plasm-ph
Microphysical boundary condition for the electron kinetics of a plasma
Institut für Physik, Universität Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学物理研究所）；Universitätsrechenzentrum, Universität Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学计算中心）
本文提出了一种适用于等离子体中电子动力学的非弹性、角度和能量依赖性的微物理边界条件，通过Legendre多项式展开方法实现，并用于分析不同气体等离子体与硅壁的相互作用。
2025-11-25 physics.plasm-ph
Electron drag force in EUV induced pulsed hydrogen plasmas
极紫外（EUV）诱导的脉冲等离子体由于其瞬态特性而独特：等离子体在非热状态（当EUV功率在脉冲开始时接通时）和热状态（在约20 us处脉冲结束）之间切换。结果表明，虽然在氢等离子体中的纳米尺寸的颗粒上的电子拖曳力是可以忽略不计的离子拖曳力相比，在脉冲的开始，但它可以是占主导地位的脉冲结束时，可以发挥重要的作用，在粒子输运导致缺陷率问题的半导体芯片生产技术。
2021-12-24 physics.plasm-ph
Global Sensitivity Analysis of a coupled multiphysics model to predict surface evolution in fusion plasma-surface interactions
我们构建了一个全局灵敏度分析框架，用于预测未来聚变反应堆中氦等离子体组件的材料特性和表面形貌的变化。该模型结合了粒子动力学模拟器F-TRIDYN，预测氦注入剖面，与集群动力学模拟器Xolotl，预测地下氦气泡的生长和演化。为了保持灵敏度分析的易处理性，我们首先为每个感兴趣的输出量构建一个稀疏的高维多项式混沌扩展代理模型，该模型可以有效地提取灵敏度信息。灵敏度分析进行两个问题的设置：一个ITER的条件下，和一个类似的条件内的PISCES-A线性等离子体设备。我们提出了一个系统的比较重要的参数，为F-TRIDYN和Xolotl隔离以及耦合模型，并讨论这些结果的物理解释。
2023-02-16 physics.plasm-ph
Comparative qualification of advanced plasma-facing materials for fusion pilot plants through public- and private-sector experiments in DIII-D
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Oak Ridge Associated Universities（橡树岭联合大学）；School of Metallurgy and Materials, University of Birmingham（伯明翰大学冶金与材料学院）；Avalanche Energy Designs, Inc.（Avalanche Energy Designs 公司）；OpenStar Technologies（OpenStar 科技公司）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Tokamak Energy Ltd（Tokamak Energy 有限公司）；Center for Energy Research, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校能源研究中心）；Helion Energy, Inc.（Helion Energy 公司）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Thea Energy, Inc.（Thea Energy 公司）
通过DIII-D的公私部门实验，对44种先进面向等离子体材料进行比较评估，涵盖多种条件下的暴露测试，得出不同材料性能数据，为聚变试验工厂材料筛选及相关材料开发提供跨材料基准。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
The electric field of an electron in a electron-hole plasma with degenerate electrons
我们考虑了在半导体或电子空穴等离子体中形成超导态的可能性，其中简并电子是由于电子-空穴声波的交换效应导致的电子之间的吸引力，类似于固态中的声子波。我们确定了简并电子-空穴等离子体中两电子间相互作用势的观点。在大于德拜半径的距离上，势似乎是吸引的，并且随着$1/r^3$而减小。本文讨论了在这种场中束缚电子态-库珀对的形成条件。
2018-06-28 physics.plasm-ph
Dispersion properties of electrostatic oscillations in quantum plasmas
推导了零温量子等离子体中静电振荡的色散关系。在后者中，简并电子由Wigner方程控制，而非简并离子遵循经典流体方程。泊松方程决定了静电波势。我们考虑的参数范围从半导体等离子体金属等离子体和电子密度的压缩物质，如在激光压缩方案和致密的天体物理对象。在稠密等离子体中，由于Heisenberg不确定原理引起的电子波函数重叠而引起的波衍射，使得在足够大的波数下，高频电子等离子体振荡（EPOs）存在朗道阻尼的可能性。EPOs的精确色散关系的数值求解和比较，通过使用近似公式的电子在高和低频率的情况下的磁化率。
2009-11-24 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Continuum Simulation of Turbulence in Open-Field-Line Plasmas
托卡马克中边界等离子体的性质在决定聚变功率和等离子体元件寿命方面起着关键作用。准确的定量建模和提高定性的理解边界等离子体最终需要五维陀螺湍流模拟，这已经成功地预测湍流和运输的核心。边界等离子体模拟的额外挑战需要开发新的gyrokinetic代码或对现有核心gyrokinetic代码进行重大修改。在这篇论文中，我们开发了第一个能够模拟开放磁场线上等离子体湍流的回旋动力学连续体代码，这是托卡马克刮除层的一个关键特征。在这个问题上，我们使用一个能量守恒的不连续Galerkin离散空间中的尝试。为了模拟等离子体和壁之间的相互作用，我们设计了导电鞘边界条件，允许局部电流进出壁。首先，我们设计的空间一维动力学模型的并行SOL动态和解决这些系统使用新的连续算法。通过将这些算法推广到更高的维度，并添加一个碰撞模型，我们提出了两种类型的开放场线系统上的第一个gyrokinetic连续模拟湍流的结果。第一个模拟的特点是均匀和直的场线，如在一些线性等离子体设备中发现的。第二个模拟是一个假设的模型，我们开发的NSTX刮削层具有螺旋场线。这些发展包括一个重大的一步，对磁聚变装置的边界等离子体中的湍流和运输的定量预测的回旋动力学连续代码。
2017-08-24 physics.plasm-ph
Exciton formation and dissociation in mass-asymmetric electron-hole plasmas
采用第一性原理路径积分蒙特卡罗模拟方法研究了复杂电子-空穴等离子体中的关联效应，特别是激子束缚态的出现.结果进行了讨论，在非常规的半导体与大的电子空穴质量不对称激子的形成。
2005-05-11 cond-mat.str-el physics.plasm-ph
Design, manufacture and initial operation of the beryllium components of the JET ITER-like wall
JET类ITER壁项目的目的是为JET提供目前为ITER DT阶段选择的面向等离子体的材料组合（大块铍主室限制器和全钨偏滤器），并结合升级的中性束加热系统，以达到ITER的相关条件。面向大体积Be等离子体的部件的设计必须与增加的加热功率和脉冲长度兼容，以及重新使用现有的瓦支撑件，这些瓦支撑件最初被设计为应对来自碳基瓦的破坏负载，并且通过远程处理来安装。实施了风险降低措施（原型、夹具等），以最大限度地提高停堆期间的效率。但是，与配置模型未完全捕获的现有组件发生了大量冲突。在ITER类壁上重新启动等离子体比碳壁容易得多，并且没有观察到破坏的解调节。由于与碳相比减少了辐射损失，使大部分等离子体磁能被传导到壁，并且需要常规中断缓解，因此中断比预期的更具威胁性。主燃烧室功率处理已达到并可能超过设计目标。
2013-11-20 physics.ins-det physics.plasm-ph
Plasma propagation dynamics in a patterned dielectric barrier discharge at different length scales
填充床等离子体反应器（PBPR）固有地具有复杂的几何形状，其中电极之间的体积填充有介电/催化颗粒以形成空隙和空腔的阵列。该设计产生多个长度尺度，即等离子体区域的尺寸（厘米量级）、介电/催化颗粒的尺寸（毫米量级）以及可达到微米尺寸的颗粒（或空腔）和/或表面孔之间的空隙的尺寸。等离子体形成为连接或分段的微放电的阵列。在这些不同的长度尺度上的等离子体传播的理解是重要的，在优化和控制这个过程。在这项工作中，我们调查的放电形成和传播在不同的长度尺度作为施加电压的函数在一个简化的设计PBPR，图案化的介质阻挡放电（p-DBD），在大气压下的氦气中操作，使用相位和空间分辨光学发射光谱（PROES）。p-DBD基于面向等离子体的玻璃半球的阵列，该玻璃半球被实现为两个电极中的一个，并且以六边形图案规则地排列。等离子体在最小间隙的位置处作为辅助性微放电被引发，随后在电介质表面上作为表面电离波的电子的径向加速，以最终在颗粒之间的空隙处，即在接触点处形成表面微放电。随着电压幅值的增加，在接触点处产生后续的表面微放电脉冲。每个表面微放电（S-MD）的等离子体发射被发现由微观结构组成，其发射强度作为驱动电压幅值的函数而增加。相邻的微放电相互作用，以产生从阵列的中心到边缘的波状发射强度传播。
2020-11-08 physics.plasm-ph
Toward the Origins of Binding Energy Shifts and Satellites Formation During Plasma-XPS Measurements
NIST（美国国家标准与技术研究院）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；University of Aveiro（阿威罗大学）
本研究揭示了等离子体XPS测量中结合能偏移和卫星峰形成的原因，展示了等离子体参数、表面电荷和局部电场的复杂相互作用。
2025-12-18 physics.ins-det physics.plasm-ph
Modelling of runaway electron dynamics during argon-induced disruptions in ASDEX Upgrade and JET
托卡马克等离子体中的破坏可能导致产生逃逸电子，这些逃逸电子有可能损坏面向等离子体的部件。为了更好地理解失控的产生过程，需要对实验进行解释性建模。在这项工作中，我们模拟了八个放电的ASDEX升级和JET托卡马克，氩气注入触发中断。我们使用的流体建模框架的能力，通过热尾，德莱塞和雪崩机制，以及失控的电子损失模型的产生失控的电子。使用基于实验的等离子体电流和电子温度和密度的初始值，我们可以重现等离子体电流的演变，使用现实的假设温度演变和同化的注入氩在等离子体中。ASDEX升级和JET中模拟排放的假设和结果相似，表明所实施的模型适用于不同尺寸的机器，这对于未来更大机器的建模非常重要。对于ASDEX升级中的模拟放电，初始温度相对较高，我们必须假设大部分热尾逃逸电子丢失，以重现测量的电流演变。
2021-06-30 physics.plasm-ph
Heat and particle flux detachment with stable plasma conditions in the Wendelstein 7-X stellarator fusion experiment
在磁约束聚变实验中，减少粒子和热通量到等离子体面对的组件是实现等离子体和等离子体材料界面稳定条件的关键。最近在Wendelstein 7-X仿星器实验中发现了一种稳定的、可重复的等离子体状态，在这种状态下，热流几乎完全从材料表面去除。同时，还减少了颗粒通量，使得可以减轻材料侵蚀。达到足够的中性压力以维持稳定的颗粒排出，用于在该等离子体状态下的密度控制。这种状态可以在最小反馈控制的情况下保持长达28秒。
2020-01-10 nucl-ex physics.plasm-ph
Charge kinetics across a negatively biased semiconducting plasma-solid interface
本文研究了负偏压半导体等离子体-固体界面上的自洽双极电荷动力学。对于特定的情况下，薄锗层与非极性电子-声子散射，夹在欧姆接触和无碰撞的氩等离子体之间，我们计算的电流-电压特性，并表明它是由半导体的电子微观物理的影响。我们还获得了空间和能量解析通量和层内的电荷分布，从而可视化的行为的载流子负责的电荷传输。虽然不是定量的，因为锗能带结构的粗糙模型和忽略粒子非守恒散射过程，如碰撞电离和电子-空穴复合，在所涉及的能量不能被忽略，我们的结果清楚地表明：（i）通过界面的电流是由相当热的载流子和（ii）完美的吸收体模型，通常用于描述穿过等离子体-固体界面的电荷输运，但不能用于半导体界面。
2022-02-01 physics.plasm-ph
FreeMHD: validation and verification of the open-source, multi-domain, multi-phase solver for electrically conductive flows
针对托卡马克偏滤器热管理需求及现有自由表面液态金属流动模拟的不足，研究开发了基于OpenFOAM的开源求解器FreeMHD，经解析解和实验验证确认其可可靠用于反应堆级液态金属系统设计。
2024-09-13 physics.plasm-ph
Plasma-Metal Junction:A Junction With Negative Turn-On Voltage
本文实验研究了等离子体-金属结的电流-电压特性，发现其开启电压为-7.0V的负值，并验证了能带模型的适用性，进而提出金属-氧化物-等离子体气体电子器件作为MOS的替代方案。
2024-10-18 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Impulse-driven transport of liquid metal from z-pinch electrodes and implications for fusion fuel contamination
该研究利用Liquid Electrode eXperiment测量脉冲磁场下液态金属射流与液滴的速度及输运行为，并评估多种候选材料对z-pinch核心造成聚变燃料污染的风险。
2025-05-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the optical measurement of microparticle charge using quantum dots
我们研究了使用沉积在微粒表面上的量子点（QD）层的可能性，用于测量微粒浸入等离子体中时获得的电荷。为此，我们进行了量子点的光致发光光谱的斯塔克位移所造成的波动的局部电场的计算。在我们的计算中，我们假设等离子体传递的多余电子分布在微粒表面。根据我们的计算，斯塔克位移将获得可测量的值时，准静态配置的剩余电子的寿命将由它们沿表面的扩散。实验表明，可以实现可测量的斯塔克位移的光致发光光谱的平坦的量子点覆盖的浮动等离子体面对的表面。基于我们的模型，现代微观等离子体-表面相互作用理论和实验分析，我们提出了可能的设计的电荷微传感器，这将允许通过可见光光学测量其表面上积累的电荷。
2021-08-27 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Quantum dot photoluminescence as a versatile probe to visualize the interaction between plasma and nanoparticles on a surface
我们的实验表明，等离子体和纳米尺寸的半导体量子点（QD）之间的相互作用是直接连接到它们的光致发光（PL）光谱的变化。这是通过采取在原位，高分辨率，和时间分辨光谱的光发射的激光激发的量子点上的电浮置样品暴露于低压氩等离子体。我们的研究结果表明，由于这些纳米结构和基板表面的直接等离子体充电的PL发射峰指示量子限制斯塔克效应的快速红移，而其他等离子体诱导的（热和离子）的影响在较长的时间尺度上可以清楚地区分这些充电效果。所提出的结果和方法开辟了新的途径，直接可视化和纳米尺度上的基本等离子体粒子相互作用的理解。
2021-08-25 physics.app-ph physics.plasm-ph
Particle lofting from substrate exposed to plasma and electron beam
利用粒子模拟方法，将纳米尺度的电介质粒子置于电介质衬底上，分别暴露于低能电子流、冷等离子体的离子流和电子流以及这两种源的组合流中，研究了粒子的蓬松现象.研究结果对半导体工业中的降尘、月球探测以及尘埃悬浮现象的解释都有一定的参考价值。
2020-11-18 physics.app-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetized Plasma Sheath in the Presence of Negative Ions
利用流体动力学方程，数值研究了由电子、正负离子组成的弱磁化无碰撞电负性等离子体中鞘层的形成。假设电子和负离子遵循玻尔兹曼关系。一个鞘形成的标准已解析推导。本文着重研究了电负性变化对鞘层结构的影响。已经观察到，负离子的存在对鞘层结构具有实质性影响。本工作中的观测结果对处理等离子体，特别是在半导体工业以及聚变研究中具有深远的意义。
2020-02-13 physics.atom-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Stopping power of electrons in a semiconductor channel for swift point charges
实现了带电粒子系统对快速点射弹的阻止本领的非微扰动力学框架。在这个框架中，两体弹性散射所需的对相互作用势能是基于系统粒子之间的屏蔽相互作用能。在这种能量优化的建模中，快速裸射弹与固定密度相互作用多体目标的独立屏蔽成分相互作用。计算了一阶玻恩动量转移（输运）截面，并与Si中快离子$Z_1\in{[9,17]}$和$(v/v_0)\simeq{11}$在沟道条件下的停止数据[Phys.Rev.B {\bf 26}，2335（1982）]作了比较。基于弹性散射的理论停止和实验观察到的减少幅度之间的定量协议found.Conventionally，这样一个减少幅度的可观察的解释，应用均分规则，作为非弹性能量损失介导的集体经典等离子体模式没有动量转移到价部分。在领导之外，即，在Lindhard关于屏蔽相互作用的论证之后，讨论了一阶Born-Bethe项（$Z_1^2$）、Barkas项（$Z_1^3$）和Bloch项（$Z_1^4$）。一个扩展的情况下，停止温暖的稠密等离子体快速收费概述。
2021-12-10 cond-mat.quant-gas hep-ex physics.plasm-ph
Towards an integrated modeling of the plasma-solid interface
固体面对等离子体是许多天体物理系统和实验室设置中的常见情况。此外，许多等离子体技术应用依赖于等离子体-表面相互作用的控制。然而，目前往往缺乏对它们的基本理解，因此大多数技术应用都是通过试错来开发的。在大多数的等离子体模拟表面过程被忽略或处理通过现象学参数，如粘附系数，溅射率或次级电子发射系数。然而，这些参数仅在某些情况下是已知的，并且精确度非常有限。同样，虽然表面物理模拟经常研究单个离子或中性粒子的影响，但到目前为止，等离子体介质的影响和连续撞击之间的相关性尚未考虑在内。这种方法不可能有预测能力。在本文中，我们讨论了一些详细的物理过程的等离子体-固体界面，使我们的必要性耦合等离子体-固体模拟。我们简要地总结了相关的理论方法，从固态和表面物理，是适合于这种方法作出贡献，并确定四种方法。第一种是介观模拟，如动力学蒙特卡罗（KMC）和分子动力学（MD），能够处理大尺度上的复杂过程，但忽略了电子效应。第二种是基于量子玻尔兹曼方程的量子动力学方法，该方法使用简化的固体模型来更准确地处理表面过程。第三种方法是基于密度泛函理论和含时密度泛函理论的表面过程从头计算模拟。第四类是非平衡格林函数，能够处理材料中和界面处的关联效应。
2018-09-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
In Situ Generation of High-Energy Spin-Polarized Electrons in a Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
原位产生高能、强流、自旋极化的电子束是高能对撞机等离子体加速器发展的一个突出的科学挑战。在这封信中，我们将展示如何通过将某些原子的电子与圆偏振激光场电离注入到光束驱动的等离子体尾场加速器中来产生这样的自旋偏振相对论光束，为这一挑战提供了非常理想的一步解决方案。利用含时薛定谔方程（TDSE）模拟，我们发现氙原子的自旋相关电离倾向规律在强场多光子区与非绝热隧穿区相比可以逆转，导致高的总自旋极化.此外，三维粒子模拟（PIC）与TDSE模拟相结合，提供了从开始到结束的模拟氙原子的自旋相关的强场电离和随后的捕获，加速，并保存在锂等离子体中的电子自旋极化。我们展示了一个高电流（0.8 kA），超低归一化发射度（~37 nm），和高能量（2.7 GeV）的电子束在短短11厘米的距离内产生，高达~31%的净自旋极化。通过优化这一概念，更高的电流、能量和净自旋极化束是可能的，从而解决了等离子体加速器发展面临的一个长期问题。
2021-12-23 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.optics
