科研动态 | 我院研究生在射频磁化等离子体放电研究中取得新进展

发布人：中法核发布日期：2025-06-17

近日，学院等离子体研究小组结合自洽的动理学仿真技术和磁流体动力学理论分析，给出了针对射频磁化等离子体放电成丝现象的多时间尺度动力学特性分析。这项研究有效补充了对于等离子体放电成丝过程中非平衡动力学特性的研究，为从理论上理解等离子体丝状放电不稳定性提供了理论支撑，并为工业界实现磁化等离子体的有效调控提供了重要参考。

相关研究内容发表在相关领域国际著名期刊《等离子体源科学与技术》（Plasma Sources Science & Technology）上，论文题目为“Particle-In-Cell simulations of the filamentation process in magnetized radio-frequency plasmas”。我院2023级硕士生黄汇东为论文第一作者，陈坚副教授和王志斌教授为通讯作者。研究获国家自然科学基金支持。

射频等离子体的成丝现象是等离子体研究领域近二十年来发现的奇异现象之一。过去的实验发现，在大面积电极对之间的均匀射频等离子体中，增加轴向磁场会产生出形态各异的纵向细丝状等离子体亮斑——该现象被称为“成丝现象”。为了揭示此类现象的斑图动力学，研究小组进行了二维粒子（Particle-In-Cell）模拟，成功捕捉了成丝过程的整个演化过程。该研究发现系统的演化经历了两个不同的动力学过程。在第一阶段，静电驻波和等离子体密度纹波协同增长，形成丝状图案。研究结果表明，等离子体纹波和射频静电驻波是受到调制的。此外，每根细丝都具备一个双峰结构。频谱显示振荡主要出现在射频及其高次谐波处。在第二阶段，等离子体转向由洛伦兹力和热压力之间竞争控制的准平衡态，其特征表现为细丝的混沌演变。射频周期平均动力学分析表明，电子主要受到静磁力控制，而离子受到静电力控制。时间平均的静磁力驱动电子聚拢在等离子体密度峰值处，而时间平均静电力也将离子推入这些区域，从而使得两种粒子共同形成细丝状的密度分布。