SHYEE-PLASMA

摘要我们介绍了 3D-VIRTUS（3 维高级流体漂移扩散等离子体求解器），这是一种用于评估螺旋等离子体源平衡条件的数值工具，由电磁模块和流体模块组成。第一个评估通过驱动放电的天线沉积到等离子体中的功率，它基于固体数值工具（即 ADAMANT）。第二个模块使用功率沉积通过流体方法解决带电和中性物质的宏观传输，并假设 DriftDiffusion 近似有效。连续性、动量、能量和泊松方程组通过有限体积法进行数值求解，并在 OpenFOAM 中实现。迭代这两个模块，直到获得收敛的解决方案。这种方法允许对 Helicon 源中处于平衡状态的局部等离子体参数（例如，等离子体密度）进行自洽评估，该参数具有（i）任意形状的等离子体区域和天线，（ii）由电磁铁产生的真实静磁场或永久磁铁。 FLUID 模块的数值精度已被评估为时间和空间离散化的函数。 FLUID 模块和 3D-VIRTUS 代码已经针对其他成熟的数值方法和实验测量进行了独立验证。最后，3D-VIRTUS 已被用于研究用于空间推进应用的 Helicon 等离子体放电，静磁场值从 0 G 到 750 G。 模拟流体流体方法假定粒子分布函数， ...

计算了螺旋波体系中的色散关系介电张量（dielectric tensor） 其中张量元素为： 上图为等离子体色散函数 wpj、wcj和vj分别为等离子体、回旋、电子和离子碰撞频率，vTe=(2Te/me)^(1/2)为热电子速度。 磁化等离子体中的波传播 其中 N = kc/ω = k/k0，k 是波矢量，I 是单位张量。 由于平行折射率 N∥ = k∥/k0与发射天线的平行波数谱相关，因此很自然地将垂直折射率 N⊥= k⊥/k0 中的色散关系写为双二次方程， 解得 其中 对应于垂直于外部磁场的相速度分量，与两个解相关的波被表示为慢波（s，+符号）和快波（f，-符号）。 本文考虑频率范围内的波传播 为了处理易于管理的公式，假设波是弱阻尼的。然后我们得到ε元素的简化表达式， 结合碰撞阻尼和朗道阻尼γe,i=υ e,i/ω≪1，γeff=γe+γELD,则 慢波色散公式如下： 慢波以大于几何平均频率ω0=(ωciωce ...

摘要一种双流体模型最初是用来描述真空电弧离心机(一个快速旋转、低温、密闭的圆柱形等离子体柱)中的波振荡，该模型被用于解释具有相似密度和场强的RF产生的线性磁化等离子体[WOMBAT(磁化束和湍流上的波)]中的等离子体振荡。与典型的离心等离子体相比，WOMBAT等离子体的归一化旋转频率较慢，温度较低，轴向速度较低。尽管存在这些差异，但双流体模型提供了对WOMBAT等离子体结构的一致描述，并且在测量和预测的波振荡频率与轴向场强之间取得了定性一致。此外，该模型预测的密度扰动的径向分布与实测数据一致。参数扫描表明，色散曲线对轴向场强和电子温度敏感，振荡频率随电子温度的变化规律与实验吻合。这些结果巩固了先前的说法，即密度和浮动电位振荡是由密度梯度驱动的电阻漂移模式。据我们所知，这是第一个在远离射频源的扩散区域流动等离子体的详细物理模型。还讨论了模型的可能扩展，包括温度不均匀性和磁场振荡。 WOMBAT装置 该图为不同螺旋波等离子体装置以及典型操作参数 典型的WOMBAT和PCEN等离子体装置的参数 螺旋等离子体中的低频振荡大致可分为两类:开尔文-亥姆霍兹不稳定性和漂移波 开尔文-亥姆霍兹不确 ...

麦克斯韦方程组一般形式 对(2.2.2)两边求散度（左乘拉普拉斯算子），再联立(2.2.3)就可以推出电荷守恒方程(2.2.5) 洛伦兹力定律F = q(E+v x B) v是粒子速度 B= u0 ·H 是磁感应强度矢量 玻尔兹曼方程引入一个六位相空间(r,v)中的分布函数f(r,v,t),r代表位置，t代表速度。 可以得到无碰撞玻尔兹曼方程，或弗拉索夫（Vlasov）方程 对其两边加上碰撞项，就得到玻尔兹曼方程 宏观量粒子密度 粒子通量 单位体积内粒子的动能 动量守恒方程&能量守恒方程对玻尔兹曼方程两端成v，然后对速度积分，就是动量守恒方程 其常见表达式为 对玻尔兹曼方程两端同乘1/2mv^2，并对速度积分，能得到能量守恒方程 麦克斯韦分布在没有空间梯度和加速度项的稳态情况下，玻尔兹曼方程简化为 c代表同种粒子之间的碰撞，其解为一个有高斯形式的速度分布函数f(v) 最终可以解出C和ξ可以得到 等离子体在均匀场中的运动回旋频率回旋半径ExB漂移电磁波静电波介电张量波的色散关系磁化等离子体中的波 IV曲线chatGPT我们可 ...

Kinetic Plasma Simulationintro 如果我们要绘制这些参数，我们有特征等离子体时间和长度的列表。 绿色的部分是Fluid models，在这个范畴内考虑的是流体参数，前面的使用全动力学模型，中间部分使用混合模型 When are collisions important？我们会去关系在一个德拜Cube中粒子的数量 以上情况下等离子体会很少碰撞 可以用Vlasov—Maxwell等式来描述低碰撞等离子体的分布函数f(x,v,t) 直接解这些公式涉及六个维度 可以通过特征来求解（粒子） Delta函数导致碰撞 所以我们真正要解决的是一下几个公式 第一个式子是带有洛伦兹力的动量方程 第三个式子法拉第方程 下面是安培定律的source 最后一个式子是将上述几个等式进行总计和整合，如果我们计算的是单个粒子的电流，则其图像将会非常尖锐 PIC方式来求解Vlasov等式（VE） 6D-VE不在网格上 重新引入Np计算离散的f(r,p,t) 宏观力再次变成颗粒状（随机噪声） 粒子动量等式（EQM） VE 特征：f = const 粒子长度 ...

色散关系在物理科学和电气工程学中，色散关系描述波在介质中传播的色散现象的性质。色散关系将波的波长或波数与其频率建立了联系。由这组关系，波的相速度和群速度有了方便的确定介质中折射率的表达式。克拉莫-克若尼关系式可以描述波的传播、衰减的频率依赖性，这关系比与几何相关和与材料相关的色散关系更具一般性。 色散当不同波长的平面波表现出不同的传播速度时，色散会发生，如此造成混合各种波长的波包渐渐地在空间中扩展开来。平面波的速率v为波长λ的函数： 波速、波长、频率f之间具有恒等式： 函数f(λ)指出了该介质中的色散关系。色散关系更常用角频率与波数来表示。上述式子可改写为 在此ω成为k的函数。使用ω(k)来描述色散关系已经成为一种标准写法，因为相速度 ω/k 与群速度 ∂ω/∂k 可以轻松地从这样写法的色散关系中求得。 因此所关注的平面波可写为如下数学式： 其中 A是波的振幅， A0 = A(0,0)， x是波传递方向上的任一特定位置， t是描述波的任一特定时间。 真空中的平面波电磁波对真空中的电磁波而言，角频率与波数呈正比： 这是“线性”的色散关系。在此情形下 ...

维基百科的定义如下在电磁学中，螺旋波是一种低频电磁波，在磁场存在的约束等离子体中可以存在。最初被观察到的螺旋波是大气哨声波，但它们也存在于固体导体或任何其他电磁等离子体中。波中的电场被霍尔效应所主导，几乎垂直于电流（而不是平行的，如果没有磁场），因此波的传播分量是螺旋形的，因此称为“螺旋波”。这个术语是由Aigrain创造的。 螺旋波有一种特殊的能力，可以在低温和高磁场条件下穿过纯金属。在普通导体中，大多数电磁波都不能做到这一点，因为由于自由电子的存在，金属的高导电性会起到屏蔽电磁场的作用。实际上，通常情况下电磁波会在金属上经历非常薄的皮深度：当试图进入金属时，电场或磁场会很快反射。 （因此是金属的光泽。）然而，皮深度取决于角频率的平方根的倒数。因此，低频电磁波可能能够克服皮深度问题，并遍布整个材料。 螺旋波的一个特性（仅使用霍尔效应项和电阻率项进行简单计算即可证明）是，在样品表面与磁场平行的位置，一个模式中包含的电流在完美导电的极限下“趋向于无穷大”；因此在这种表面区域的焦耳热损失趋向于一个非零极限。表面模式在与磁场平行的圆柱形样品中特别普遍，对于这种配置，方程的确切解法已经找到，并 ...

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