Rydberg state, metastable, and electron dynamics in the low-pressure argon afterglow
Rydberg state, metastable, and electron dynamics in the low-pressure argon afterglow
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低压氩余辉中的里德伯态、亚稳态和电子动力学
DOI：
10.1088/0963-0252/24/6/065001
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发表时间：
2015
影响因子：
3.8
通讯作者：
U. Czarnetzki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ts. V. Tsankov;R. Johnsen;U. Czarnetzki
在这项工作中，时间相关的碰撞辐射模型的重组等离子体的发展。它跟踪电子的碰撞和辐射捕获到高激发（里德伯）状态，并通过碰撞和辐射到地面或亚稳态的连续去激发。该模型允许计算的净复合率和电子能量增益的复合。它是耦合到电子密度和温度的体积平均平衡方程。这些方程的数值解包括用于电子的扩散冷却的模型（Celik等人，2012 Phys.Rev.E85046407）和用于气体冷却的简化模型。仅使用作为输入的实验确定的初始值的电子密度和温度，气体温度和亚稳态密度，在余辉中的所有参数的时间演变计算和测量比较。结果再现非常好的测量量（电子密度，光发射和亚稳密度），而不需要调用可调参数。这给人的信心，在模型的有效性，使其不仅可以用来加深对余辉等离子体的理解，但也定制其性能所需的应用程序。模型结果的分析进一步表明，气体加热和冷却必须明确考虑到重现实验观察。电子加热复合是另一个过程，是很重要的良好的协议。这两种效应在以前关于余辉的研究中基本上都被忽略了。
In this work a time-dependent collisional-radiative model for recombining plasmas is developed. It tracks the collisional and radiative capture of electrons into highly-excited (Rydberg) states and their consecutive deexcitation through collisions and radiation to the ground or the metastable state. The model allows the calculation of the net recombination rate and the electron energy gain by recombination. It is coupled to the volume-averaged balance equations for the electron density and temperature. The numerical solution of these equations includes a model for the diffusion cooling of the electrons (Celik et al 2012 Phys. Rev. E 85 046407) and a simplified model for the gas cooling. Using as only input the experimentally determined initial values of the electron density and temperature, gas temperature and metastable density, the temporal evolution of all parameters in the afterglow is calculated and compared with measurements. The results reproduce very well the measured quantities (electron density, light emission and metastable density) without the need to invoke adjustable parameters. This gives confidence in the validity of the model that allows it to be used not only to deepen the understanding of afterglow plasmas but also to tailor their properties as required for applications. The analysis of the model results further shows that gas heating and cooling must be explicitly taken into account to reproduce experimental observations. The electron heating by recombination is another process that is important for the good agreement. Both of these effects were largely ignored in previous works on afterglows.
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