×

非连续Galerkin连续动力学模拟的等离子体-材料边界条件,重点是二次电子发射。 (英语) Zbl 1453.82101号

概述:等离子体的连续动力学模拟,其中粒子分布函数在相空间中直接离散,允许在没有粒子-细胞方法的统计噪声的情况下进行完全动力学模拟。数值算法的最新进展使得连续体动力学模拟在计算上具有竞争力。这项工作提出了高保真壁面边界条件的连续动力学描述,该边界条件利用现成的粒子分布函数,而无需与其他物理模型耦合。边界条件通过反射函数实现,该函数可以捕捉从简单镜面反射到更复杂的第一原理模型的各种情况。虽然该框架可用于各种数值方法和边界条件,但本工作侧重于使用第一性原理量子力学模型实现电子发射的不连续伽辽金实现。给出的结果证明了电介质材料的电子发射对经典等离子体鞘层形成的影响。

MSC公司:

82M10个 有限元、伽辽金及相关方法在统计力学问题中的应用
82D10号 等离子体统计力学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Arnold,D.N。;Awanou,G.,有限元的意外发现族,Found。计算。数学。,11, 3, 337-344 (2011) ·Zbl 1218.65125号
[2] Birdsall,C.K。;Langdon,A.B.,《计算机模拟等离子体物理》(2004),CRC出版社
[3] Bohm,D.,《磁场中放电的特征》(1949),麦克劳山:纽约麦克劳山
[4] Bronold,F.X。;Fehske,H.,《电介质壁对电子的吸收》,Phys。修订稿。,115、22、第225001条pp.(2015)
[5] Bronold,F.X。;Fehske,H。;Pamperin,M。;Thiessen,E.,《等离子体界面的电子动力学》,《欧洲物理学》。J.D,72,5,88(2018年)
[6] Bruining,H.,《二次电子发射的物理和应用》(1954),麦格劳-希尔图书公司·Zbl 0059.22807号
[7] 布鲁宁,H。;De Boer,J.H.,二次电子发射:第一部分金属的二次电子辐射,《物理学》,5,1,17-30(1938)
[8] 卡加斯,P。;哈基姆,A。;朱诺,J。;Srinivasan,B.,经典鞘层的连续动力学和多流体模拟,Phys。Plasmas,24,2,文章022118 pp.(2017)
[9] 卡加斯,P。;哈基姆,A。;天平,W。;Srinivasan,B.,Weibel不稳定性的非线性饱和,物理学。Plasmas,24,11,第112116条pp.(2017)
[10] 卡加斯,P。;斯里尼瓦桑,B。;Hakim,A.,具有二次电子发射的霍尔推进器中磁化鞘层的连续动力学模拟,(第53届AIAA/SAE/ASEE联合推进会议(2017)),4631
[11] Cagas,Petr,等离子体鞘层和不稳定性的连续动力学模拟(2018),弗吉尼亚理工大学博士论文
[12] 医学博士坎帕内尔。;Umansky,M.V.,《无法漂浮在等离子体电位以下的强发射表面》,Phys。修订稿。,116,8,第085003条pp.(2016)
[13] 医学博士坎帕内尔。;Khrabrov,A.V。;Kaganovich,I.D.,二次电子发射装置中低碰撞等离子体鞘层不稳定性的一般原因,Phys。修订稿。,第108、23条,第235001页(2012年)
[14] Chacón,L。;巴恩斯特区。;Knoll,D.A。;Miley,G.H.,隐式能量守恒2d Fokker-Planck算法:II。无Jacobian牛顿-克利洛夫解算器,J.Compute。物理。,157, 2, 654-682 (2000) ·Zbl 0961.76058号
[15] Chen,Francis F.,《等离子体物理和受控聚变导论》,第1卷(1984年),施普林格出版社
[16] 程朝宗;克诺尔,格奥尔格,弗拉索夫方程在组态空间中的积分,计算机J。物理。,22, 3, 330-351 (1976)
[17] Cockburn,B。;Shu,C.-W.,对流占优问题的Runge-Kutta间断Galerkin方法,科学杂志。计算。,16, 3, 173-261 (2001) ·Zbl 1065.76135号
[18] Daniel,Don;威廉·塔塔诺(William T.Taitano)。;Chacón,Luis,《逃逸电子的完全隐式、可伸缩、非线性、保守、相对论性Fokker-Planck解算器》(2019),arXiv预印本
[19] 圣埃芬·德沃;Manfredi,Giovanni,Vlasov对磁化弱碰撞等离子体中等离子体-壁相互作用的模拟,Phys。Plasmas,13,8,文章083504 pp.(2006)
[20] 圣埃芬·德沃;Manfredi,Giovanni,《磁化等离子体-壁跃迁对壁溅射和侵蚀的影响》,《等离子体物理学》。控制。Fusion,50,2,第025009条pp.(2008)
[21] Dunaevsky,A。;雷泽斯,Y。;Fisch,N.J.,具有分段电极的霍尔推力器的介电材料的二次电子发射,Phys。等离子体,10,6,2574-2577(2003)
[22] 卢卡斯·艾因克默;Ostermann,Alexander,Vlasov-Poisson方程间断Galerkin/Strang分裂近似的收敛分析,SIAM J.Numer。分析。,52, 2, 757-778 (2014) ·Zbl 1302.82108号
[23] Furman,医学硕士。;Pivi,M.T.F.,模拟二次电子发射的概率模型,物理。修订版规范顶部。,加速度。梁,5,12,第124404条pp.(2002)
[24] 阿马尔·哈基姆;Francisquez,M。;朱诺,J。;Hammett,Greg W.,非线性Fokker-Planck碰撞算子的保守间断Galerkin格式(2019),arXiv预印本
[25] 赫塞文,J.S。;Warburton,T.,麦克斯韦特征值问题的高阶节点间断Galerkin方法,Philos。事务处理。R.Soc.,数学。物理学。工程科学。,362, 1816, 493-524 (2004) ·Zbl 1078.78014号
[26] 埃罗·赫维约基;Adams,Mark F.,Landau碰撞积分的保守离散化,Phys。Plasmas,24,3,文章032121 pp.(2017)
[27] 朱诺,J。;哈基姆,A。;TenBarge,J。;Shi,E。;Dorland,W.,《全动力学等离子体的间断Galerkin算法》,J.Compute。物理。,353,补充C,110-147(2018)·Zbl 1380.65273号
[28] 卡加诺维奇,I.D。;雷泽斯,Y。;Sydorenko,D。;Smolyakov,A.,霍尔推进器放电中的动力学效应,物理。Plasmas,14,5,文章057104 pp.(2007)
[29] Keniley,S。;Curreli,Davide,用于等离子体-材料相互作用动力学处理的Boltzmann等离子体模型与表面侵蚀模型的动态耦合,Fusion Sci。技术。,71, 1, 93-102 (2017)
[30] 谢恩·凯尼利;Curreli,Davide,等离子体-材料界面动力学模型多尺度耦合的密度估计技术,J.Compute。物理。,400,第108965条pp.(2020)·兹比尔1453.76099
[31] Langmuir,I.,《空间电荷和初始速度对平行平面电极之间的电位分布和热离子电流的影响》,Phys。修订版,21954(1923)
[32] Loizu,J。;里奇,P。;Halpern,F.D。;Jolliet,S.,磁前鞘入口处等离子体流体模型的边界条件,Phys。Plasmas,第19、12页,第122307条,pp.(2012)
[33] 米凯利德斯,约阿尼斯·G。;艾拉·卡茨(Ira Katz);理查德·霍弗(Richard R.Hofer)。;Goebel,Dan M.,霍尔推进器中未磁化离子束对墙壁的磁屏蔽,应用。物理学。莱特。,第102、2条,第023509页(2013年)
[34] Nobuki Mutsukura;小林,Kenji;Machi,Yoshio,《射频放电等离子体鞘层厚度》,J.Appl。物理。,68, 6, 2657-2660 (1990)
[35] Ng,Jonathan;阿马尔·哈基姆;朱诺,J。;Bhattacharjee,A.,使用带压力张量效应的双流体模型研究薄电流片中的漂移不稳定性,J.Geophys。Res.太空物理。(2019)
[36] Nicholson,D.R.,《等离子体理论导论》(1983),John Wiley and Sons,Inc。
[37] 伊斯特凡·普什泰伊(Istvan Pusztai);TenBarge,Jason M。;阿莱塔·N·卡萨坡。;朱诺,詹姆斯;阿马尔·哈基姆;易隆庆;Fülöp,Tünde,低马赫数无碰撞静电冲击和相关离子加速,等离子体物理学。控制。Fusion,60,3,第035004条pp.(2018)
[38] 邱京梅;Christlieb,Andrew,Vlasov方程的保守高阶半拉格朗日WENO方法,J.Compute。物理。,229, 4, 1130-1149 (2010) ·Zbl 1188.82069号
[39] 里德·W·H。;Hill,T.R.,《中子输运方程的三角网格方法》(1973年),洛斯阿拉莫斯科学实验室:洛斯阿拉莫斯科学实验,N.墨西哥州(美国),技术报告
[40] Riemann,K.-U.,《玻姆判据和鞘层形成》,J.Phys。D、 申请。物理。,24, 493-518 (1991)
[41] Robertson,S.,《实验室和空间等离子体中的鞘》,《等离子体物理学》。控制。Fusion,55,文章93001,第(2013)页
[42] 马歇尔·N·罗森布鲁斯。;威廉·麦克唐纳。;Judd,David L.,反平方力的Fokker-Planck方程,物理学。修订版,107,1,1(1957)·Zbl 0077.44802号
[43] Schwager,L.A.,利用动力学理论和数值模拟,二次电子发射和热电子发射对有限离子温度等离子体集电极和源极鞘层的影响,Phys。液体、B等离子物理、。,5, 2, 631-645 (1993)
[44] 希恩,J.P。;赫什科维茨,N。;卡加诺维奇,I.D。;王,何;雷泽斯,Y。;Barnat,E.V。;韦瑟福德,B.R。;Sydorenko,D.,围绕电子发射表面的等离子体鞘层动力学理论,物理学。修订稿。,第111、7条,第075002页(2013年)
[45] 斯科特涅夫,V。;哈基姆,A。;朱诺,J。;TenBarge,J.M.,逆流等离子体中Weibel型不稳定性的温度依赖饱和,天体物理学。J.,872,2,L28(2019年2月)
[46] 史密斯,D.L。;Lee,E.Y。;Narayanamurti,V.,非四轴金属/半导体界面的弹道电子发射显微镜,Phys。修订稿。,80, 11, 2433 (1998)
[47] Sonnendrücker,埃里克;Jean Roche;皮埃尔·贝特朗;Ghizzo,Alain,Vlasov方程数值求解的半拉格朗日方法,J.Compute。物理。,149, 2, 201-220 (1999) ·Zbl 0934.76073号
[48] Stangeby,P.C.,《磁性聚变装置的等离子体边界》(2000),物理研究所出版:物理研究所出版社,布里斯托尔和费城
[49] Sundström,A。;朱诺,J。;TenBarge,J.M。;Pusztai,I.,弱离子碰撞对动态静电激波动力学的影响,等离子体物理学杂志。,第85、1条,第905850108页(2019年)
[50] Sydorenko,D。;斯莫利亚科夫,A。;卡加诺维奇,I。;Raitses,Y.,霍尔推进器中二次电子发射效应的动力学模拟,Phys。Plasmas,13,1,第014501条,pp.(2006)
[51] 威廉·塔塔诺(William T.Taitano)。;Luis Chacón;Simakov,A.N。;Molvig,K.,《多维多物种Rosenbluth-Fokker-Planck方程的质量、动量和能量守恒的完全隐式可缩放算法》,J.Compute。物理。,297, 357-380 (2015) ·Zbl 1349.65384号
[52] 高村,S。;Ohno,N。;Ye,M.Y。;Kuwabara,T.,面向等离子体材料表面的空间电荷限制电流,Contrib.plasma Phys。,44,1-3126-137(2004年)
[53] 唐显祖;郭泽华(Guo)、玻姆(Bohm)标准和等离子体粒子/功率在墙壁上的排放和再循环,Nucl。马特。能源,121342-1347(2017)
[54] Tang,X.Z.,鞘状高温低密度等离子体中的动磁发电机,等离子体物理学。控制。Fusion,53,8,第082002条pp.(2011)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。