A new approach for solving the problem of creation of inverse electron distribution function and practical recommendations for experimental searches for such media in glow discharges with hollow and flat cathodes
该研究提出构建逆电子分布函数的新方法,通过非局域玻尔兹曼方程求解与数值模拟,明确空心阴极辉光放电是实现EDF反转的最简方式,并给出实验探测的判据、标度与具体条件。
2025-05-19 physics.plasm-ph
Seeding the m = 0 instability in dense plasma focus Z-pinches with a hollow anode
稠密等离子体焦点(DPF)是一种经典的Z箍缩等离子体装置,作为辐射源已经研究了几十年。在压缩阶段期间m = 0等离子体不稳定性的形成与高能带电粒子束的产生有关,当在氘中操作时,高能带电粒子束导致束靶聚变反应和中子产率的产生。在本文中,我们提出了一种技术的种子m = 0的不稳定性,采用空心的阳极。当等离子体鞘层沿着阳极的中空结构移动时,形成低密度扰动,并且这产生高度不稳定的不均匀等离子体柱。低密度扰动和优先播种的m = 0不稳定性的动力学进行了详细的研究与完全动力学等离子体模拟中进行的大规模等离子体粒子在细胞的代码,以及与一个简单的雪犁模型。模拟结果表明,通过采用具有适当内空心半径的阳极几何形状,DPF的中子产额显著提高,并且消除了低产额射击。
2016-10-28 physics.plasm-ph
Ignition and extinction phenomena in helium micro hollow cathode discharges
微空心阴极放电(MHCD)的产生使用250 μ m厚的氧化铝介电层夹在两个镍电极的8 μ m厚。采用激光打孔技术在芯片中心形成贯通腔。直径为几百微米的MHCD使我们能够在大气压下在氦气中产生直流放电。采用缓变斜坡电压发生器研究了微放电的点火和熄灭周期。通过使用V-I行为的电特性和通过可调谐二极管激光光谱测量He*(3S 1)亚稳原子密度来进行分析。在点火的微放电,2 s长的电流峰值高达24 mA的观察,有时其次是低振幅阻尼振荡。在氦气压力高于400托,观察到的振荡行为的放电电流之前的微放电的灭绝。在高压下的消光期,同样的不稳定性也出现在He*(3S 1)亚稳原子密度上,但相对于电流振荡延迟了几s。因此,亚稳原子不可能是所观察到的不稳定性产生的根源。
2016-04-29 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
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
Impact of impurities on drift wave instabilities in reversed-field pinch plasmas
利用回旋积分本征模方程,数值研究了反向场箍缩(RFP)等离子体中杂质离子存在时的漂移波。有人发现,在RFP等离子体与中空密度分布,增加$k_θρ_s$增加的离子温度梯度(ITG)的增长率。通过比较等离子体密度分布均匀和空心的结果,发现空心密度分布下的ITG模更难激发。对于杂质的影响,当杂质的密度梯度与一次离子的密度梯度相反时,即当$L_{ez}$为负值时,杂质会增强不稳定性。相反,当$L_{ez}$为正时,不稳定性稳定。对于俘获电子模(TEM),空心密度分布的等离子体下的生长速率保持小于标准密度梯度。存在$L_{ez}$阈值。当$L_{ez}$小于该值时,杂质使TEM不稳定,而当$L_{ez}$大于该值时,杂质使TEM稳定。$L_{ez}$对TEM的影响还取决于等离子体密度梯度和杂质种类。此外,还研究了碰撞性对TEM的影响。
2022-04-16 physics.plasm-ph
Spectral analysis of multidimensional current-driven plasma instabilities and turbulence in hollow cathode plumes
空心阴极羽流中的大幅度电流驱动的不稳定性可以产生高能离子,导致阴极溅射和航天器退化。一个2D 2 V(两个维度,每个在配置[D]和速度[V]空间)基于网格的Vlasov-Poisson(直接动力学)求解器被用来研究他们的增长和饱和,这包括四个阶段:线性增长,准线性共振,非线性填充,饱和湍流。分析了湍流区离子的线性模增长率、非线性饱和过程以及离子速度和能量分布特征。回流离子产生大的电子漂移,几个离子声学周期后的势场成为湍流。分析了Vlasov方程的尺度间相空间转移和局域性。多维研究揭示了纵向和横向等离子体不稳定性之间的相互作用,以及等离子体湍流的开始。
2022-11-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph stat.AP
Particle-resolved pathways to energetic-ion formation in a fluctuating low-current hollow-cathode plume
School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology(哈尔滨工业大学能源学院)
本研究通过实验、PIC模拟和粒子分辨分析,揭示了低电流空心阴极羽流中高能离子主要由羽流内电离产生,其动能增益取决于沿实际轨迹的静电场功累积,建立了源-轨迹-场功的形成路径。
2026-09-11 physics.plasm-ph
New and fast route to black TiO2 based on hollow cathode H2 plasma
在这项工作中,我们展示了一种新的方法来生产黑色二氧化钛从原始的纳米二氧化钛薄膜。它包括在中空阴极H2 RF等离子体中浸没TiO 2膜几分钟,导致TiO 2的有效变黑。采用磁控溅射法在盖玻片和单晶硅衬底上制备了纯TiO2薄膜,并在450 °C下退火2 h。采用轮廓仪、紫外可见分光光度计、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱学、场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜以及四探针等方法对空心阴极H2等离子体处理前后的样品进行了表征。结果表明,所获得的黑色TiO 2薄膜在整个太阳光谱上具有显著的光吸收,与原始TiO 2相比,具有非常低的薄层电阻,以及相对高的表面积。所有这些特性导致其光催化活性的重要改善,如通过在紫外光照射下的亚甲基蓝的降解率所测量的。
2019-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.plasm-ph
Development of the Thomson scattering measurement system for cascade arc device with indirectly heated hollow cathode
本文开发了一套用于级联电弧等离子体窗口装置的汤姆孙散射测量系统,成功测量了阴极下游20 mm处的电子密度和温度,为压力分离能力研究提供了关键数据。
2023-10-11 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
Rarefied xenon flow in orificed hollow cathodes
本文通过直接模拟蒙特卡洛方法参数化研究了保持极几何结构对空心阴极点火前中性流动的影响,揭示了孔口-保持极区域压力变化规律,并发现将质量流量增大40倍最有利于实现低压无加热器点火。
2025-04-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A Comprehensive multi-species comparison of rotational temperature probes in a DC Ar/N$_2$ micro-hollow cathode discharge
Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM – CNRS), Université Sorbonne Paris Nord(巴黎北大学索邦材料工艺科学实验室(LSPM-CNRS))
本文通过比较微等离子体中多种旋转温度探针,揭示了不同物种在非平衡条件下的可靠性差异,强调了交叉验证的重要性。
2026-01-08 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
On the mutual effect of ion temperature gradient instabilities and impurity peaking in the reversed field pinch
在反场箍缩装置RFX-mod中,考虑了杂质的存在对离子温度梯度(ITG)不稳定性和湍流的回旋动力学计算的影响。该装置通常表现出中空的碳/氧分布,在外芯区域达到峰值。我们描述了杂质在ITG模式不稳定中的作用,并分析了ITG湍流是否与它们的实验梯度相容。
2011-10-21 physics.plasm-ph
Reproducibility of a Titanium Plasma Vacuum Spark Discharge
在120 ns 150 kA放电中使用钛电极的真空火花等离子体的广泛操作的结果。热点被发现形成一个规则的间距在拉链Z箍缩等离子体,形成接近阴极,并延伸到约三分之二的阳极间隔在一段时间内的几纳秒。放电的轴由聚焦到阴极电极表面上的Nd:YAG激光的初始等离子体很好地限定。给出了一个阳极电极寿命内热点形成的统计数据。一个和三个热点之间的形式和有利的位置是在1.5和3.0毫米,从阴极和最强的发射,如在过滤的X射线针孔相机中观察到的,来自最接近阴极的热点。在50和350 nm之间解析的发射光谱显示了宽范围的Ti电离,其允许区分阳极吹离等离子体、Z箍缩和热点等离子体的温度。这些结果与滤波PIN二极管信号和滤波针孔图像进行了比较。
2006-11-27 physics.plasm-ph
Hollow toroidal rotation profiles in strongly electron heated H-mode plasmas in the ASDEX Upgrade tokamak
Max Planck Institute for Plasma Physics(马克斯·普朗克等离子体物理研究所);Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University(哥伦比亚大学应用物理与应用数学系);VTT(芬兰技术研究中心VTT)
本研究探讨了ASDEX升级托卡马克中强电子回旋共振加热条件下I型ELMy H模式等离子体环形动量输运特性,发现强电子加热下空心旋转剖面的形成机制,揭示了内在扭矩与向内对流对维持有利旋转剖面的重要性。
2026-04-01 physics.plasm-ph
Finite volume simulation of arc: pinching arc plasma by high-frequency alternating longitudinal magnetic field
电弧等离子体在许多领域有着广阔的应用前景。探索他们的财产是有趣的。本文详细介绍了基于压力的氩弧有限体积模拟。在模拟中,整个阴极区域耦合到电磁计算,以保证在阴极表面的电流密度的自由变化。在数值求解中,采用迎风差分格式保证对流项的输运性质,采用SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations)算法求解热压。通过对自由燃烧氩弧的数值模拟,表明该模型与实验结果吻合较好。在高频交变纵向磁场中观察到氩弧的集中现象。与现有的收缩机构不同,这里的电弧通过收缩和膨胀之间的连续过渡来实现收缩。其机理是外加高频交变磁场与电弧的运动惯性共同作用,能够有效地起到“等离子体陷阱”的作用,使电弧等离子体被囚禁在一个较窄的空间内。这为压缩电弧提供了一种新的途径。
2022-01-14 physics.comp-ph 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
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
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
Regenerative Soot-IX: C3 as the dominant, stable carbon cluster in high pressure sooting discharges
本文介绍了石墨空心阴极双等离子体离子源在恒流放电下工作时所得到的结果。这种双模式操作使我们能够同时获得质谱和发射光谱。在质谱中,C3是主要特征,但C4和C5也很突出,而在发射光谱中,C2也存在,并且它的存在表明它处于激发态而不是离子态。这些事实提供了C3由于烟灰形成序列的再生而产生并使其处于离子状态的证据。C3是一种稳定的分子,也是在高压放电的再生烟灰环境中存活的碳簇中唯一的优势物种。
2016-11-15 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
Numerical thermalization in 2D PIC simulations: Practical estimates for low temperature plasma simulations
本文提供2D PIC模拟中数值热化效应的实用教程,给出多种网格分辨率下的数值阻力与扩散系数及相关时间尺度,通过比较评估其对CCP、ICP等低温等离子体应用的影响,并提出缓解策略。
2024-01-11 physics.plasm-ph
The effect of RF-DC plasma N2-H2 in the selective hardening process for micro-patterned AISI420
使用高密度的RF-DC等离子体N2-H2在具有复杂纹理几何形状的AISI 420上进行精确的微纹理化。原始的2D微图案通过使用纳米碳墨水的无掩模图案化绘制到衬底表面上。这些微图案化的试样进一步等离子体氮化在673 K为5.4 ks的70帕使用空心阴极装置。发射光谱分析表明,等离子体中的物种是氮原子与NH自由基和氮分子离子。未印刷的表面区域被选择性氮化,具有高达12质量%的高氮溶质含量。掩模区域仅对应于来自印刷的纳米碳油墨的碳映射,而未印刷的表面对应于氮映射。硬度分布在这些印刷区域和未印刷区域之间的边界上具有阶梯式变化;例如,未印刷表面上的硬度为1200 Hv,而印刷表面上的硬度保持为350 Hv。这种选择性氮化和硬化使得能够通过印刷区域的化学蚀刻来构造3D纹理化的微型模具和产品。这两个峰与高氮异常固溶体扩展马氏体晶格有关。由马氏体点阵α ′-Fe经膨胀相转变为ε-Fe_3N点阵。
2019-06-25 physics.app-ph physics.plasm-ph