基于改进的多项近似法解玻尔兹曼方程研究电子在交叉电磁场下的弛豫特性

• 作者: 孙宇 王新新 蔡新景 邹晓兵 鲁志伟
• 来源期刊: 中国电机工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 多项近似 玻尔兹曼方程 电子输运系数 弛豫 交叉电磁场 电子回旋周期 负扩散
• 年，卷（期）: 2019,（5）
• 所属期刊栏目: 电工理论与新技术
• 页码范围: 1526-1531
• 页数: 6页
• 分类号: TM85
• 语种: 中文
• DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.170189

摘要

研究等离子体的电子弛豫过程对于等离子体反应器、等离子体光源和气体激光器等研究具有重要的意义.为了研究电子在交叉电磁场下弛豫特性,文中采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运和弛豫特性.首先对Reid非弹性碰撞模型进行电子输运系数计算,发现:当约化电场强度E/no为12 Td时,lmax增加到7所有输运系数可以达到4位数字精度;当增加约化磁场强度B/no为500 Hx而保持约化电场强度不变时,lmax增加到2所有输运系数就能达到4位数字精度,表明磁场能降低电子速度的各向异性.与Ness和White等人的计算结果进行比较,验证了采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运系数的有效性.接着计算了电子的弛豫特性,发现:瞬时施加磁场时,电子平均能量ε随着时间呈单调变化,而体漂移速度WBz、体漂移速度WBx和扩散系数n0Dii均随着时间呈衰减震荡变化;电子弛豫过程至少有3个典型弛豫时间:电子回旋时间γg、动量弛豫时间γm和能量弛豫时间γe,且满足γg＜γm＜γe;瞬时施加磁场后,体漂移速度WBx响应最快,体漂移速度WBz和扩散系数noDii响应次之,电子平均能量ε响应最慢;当约化磁场强度B/no为500 Hx时,体漂移速度WBz在第一个震荡周期与E同方向,扩散系数noDxx出现负扩散现象.