2D collisional-radiative model for non-uniform argon plasmas: with or without ‘escape factor’
2D collisional-radiative model for non-uniform argon plasmas: with or without ‘escape factor’
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非均匀氩等离子体的二维碰撞辐射模型：有或没有“逃逸因子”
DOI：
10.1088/0022-3727/48/8/085201
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
U. Czarnetzki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
X.-M. Zhu;Ts. V. Tsankov;D. Luggenhölscher;U. Czarnetzki
低温等离子体中受激稀有气体原子的碰撞辐射模型是一个被广泛研究的课题。当这些等离子体达到光学厚度时，在模型中引入一个“逃逸因子”来解释光子的再吸收（所谓的辐射捕获过程）。这个系数通常是假设激发态的密度分布是均匀的；然而，这样的假设在有界等离子体中往往不被满足。本文首次报道了一个不使用特殊“逃逸因子”的自洽碰撞辐射模型，该模型适用于处于2p态（Paschen符号）的受激Ar原子。相反，2p态的速率平衡方程（即辐射传递方程）通过数值求解得到实际的密度分布。将该自洽模型和基于逃逸因子概念的模型的预测结果与低压感应氩等离子体的空间分辨发射测量结果进行了比较。自洽模型与实验结果吻合较好，但“逃逸因子”模型存在较大偏差。通过比较分析，揭示了逃逸因子概念在大量作品中所采用的局限性和不足。
Collisional-radiative models for excited rare-gas atoms in low-temperature plasmas are a widely investigated topic. When these plasmas are optically thick, an'escape factor'is introduced into the models to account for the reabsorption of photons (so-called radiation trapping process). This factor is usually obtained assuming a uniform density profile of the excited species; however, such an assumption is often not satisfied in a bounded plasma. This article reports for the first time a self-consistent collisional-radiative model without using an ad hoc'escape factor'for excited Ar atoms in the 2p states (in Paschen's notation). Rather, the rate balance equations—ie the radiation transfer equations—of the 2p states are numerically solved to yield the actual density profiles. The predictions of this self-consistent model and a model based on the escape factor concept are compared with spatially-resolved emission measurements in a low-pressure inductive Ar plasma. The self-consistent model agrees well with the experiment but the'escape factor'model shows considerable deviations. By the comparative analysis the limitations and shortcomings of the escape factor concept as adopted in a significant number of works are revealed.
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