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弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

周前红 董志伟

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

周前红, 董志伟
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  • 在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11105018)、国家重点基础研究发展规划(批准号: 2013CB328904) 和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号: 2012B0402064) 资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-24
  • 修回日期:  2013-06-26
  • 刊出日期:  2013-10-20

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

  • 1. 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11105018)、国家重点基础研究发展规划(批准号: 2013CB328904) 和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号: 2012B0402064) 资助的课题.

摘要: 在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率.

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