衰亡等离子体中产生离子输运初始电子温度效应的临界电子数密度判据

在无外加激励源存在的条件下,不同的等离子体初始参数对衰亡等离子体特性,特别是其内部粒子输运特性的影响会表现出与准稳态等离子体条件下不同的物理规律。为此以激光共振电离所产生的等离子体为研究对象,采用理论分析与粒子模拟相结合的手段,研究了在平行板直流电场作用下衰亡等离子体中带电粒子的输运特性,着重分析了初始电子温度对离子输运特性的影响规律,建立了产生离子输运初始电子温度效应的临界电子数密度判据。研究结果表明:衰亡等离子体在外加直流电场作用下的粒子输运特性会受到初始电子温度和电子数密度、外加电压幅值以及极板间距等多个因素的影响。在外加直流电压与极板间距保持不变的情况下,存在1个临界的电子数密度。当等离子体初始电子数密度低于这一临界数密度值时,初始电子温度将无法影响等离子体衰亡过程中的离子通量;而当初始电子数密度高于这一临界值时,离子衰亡时间将随着初始电子温度的升高而显著缩短。该研究结果在一定程度上揭示了等离子体衰亡过程中初始电子温度和电子数密度对带电粒子输运特性的耦合作用机制,也为实际应用中以提高离子引出效率为目标的关键等离子体初始参数和引出区域结构与工作参数等的调控提供了理论上的指导。