Observation of a comb-shaped filamentary plasma array under subcritical condition in 303-GHz millimetre-wave air discharge
Observation of a comb-shaped filamentary plasma array under subcritical condition in 303-GHz millimetre-wave air discharge
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亚临界条件下 303 GHz 毫米波空气放电梳状丝状等离子体阵列的观测
DOI：
10.1038/s41598-019-54333-5
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发表时间：
2019
影响因子：
4.6
通讯作者：
Saito Teruo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fukunari Masafumi;Tanaka Shunsuke;Shinbayashi Ryuji;Yamaguchi Yuusuke;Tatematsu Yoshinori;Saito Teruo
气体在毫米波频段的击穿是非线性动力学中一个有趣的现象，如自组织结构的形成。在303ghz毫米波驱动下，观察了两种类型的丝状等离子体阵列之间的跃迁。在过临界条件下，等离子体在抛物面镜的焦点处被点燃。平行于电场矢量的阵列以λ/4的间距出现在焦点处。点燃后约10 μs，细丝分离成等离子体团块。在20 μs时，在亚临界条件下生长出新的梳状阵列。细丝平行于入射光束，间距为0.96 λ，并向入射光束方向伸长。这种梳状阵列只出现在电场平面上；具有尖顶点的体等离子体在磁场平面上形成。该阵列是由等离子体表面衍射波产生的驻波结构形成的。丝状等离子体阵列的形成会影响等离子体对能量的吸收，这在光束能量推进等工程应用中具有重要意义。
Gas breakdown in the millimetre-wave frequency band is an interesting phenomenon in nonlinear dynamics such as self-organized structure formation. We observed the transition between two types of filamentary plasma arrays in air discharge driven by a 303-GHz millimetre wave. Plasma is ignited at a parabolic mirror’s focal point in the overcritical condition. One array parallel to the electric field vector appears with a spacing of λ/4 at the focal point. Filaments then separate into plasma lumps ~10 μs after ignition. At 20 μs, a new comb-shaped array grows in the subcritical condition. Filaments are parallel to the incident beam with spacing of 0.96 λ and elongate towards the incident beam. This comb-shaped array appears only in the electric field plane; bulk plasma with a sharp vertex forms in the magnetic field plane. This array is created by a standing wave structure generated by waves diffracted from the plasma surface. Filamentary plasma array formations can influence the energy absorption by the plasma, which is important for engineering applications such as beamed energy propulsion.
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