Numerical simulation of the breakdown process of micro-discharge sustained by field emission

击穿电压 等离子体 电场 材料科学 电气故障 机械 阳极 气体放电 原子物理学 电刷放电 电压 化学 局部放电 电气工程 电极 光电子学 物理 量子力学 工程类 电介质 物理化学
作者
Chengzhi Guo,Hao Wu,Yanli Peng,Zhijiang Wang,Wei Jiang,Ya Zhang
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:55 (46): 465202-465202 被引量:5
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ac923e
摘要

Abstract Micro-discharge is the process that gas breakdown occurs on a small spatial scale to generate plasma. With the decrease of the discharge scale, the high electric field makes the field emission (FE) play a leading role in the breakdown process of the micro-discharge, which is one of the reasons that the breakdown voltage deviates from the Paschen curve in a small gap. A one-dimensional implicit particle-in-cell Monte Carlo collision model is used to simulate the whole breakdown process of direct current micro-discharge sustained by FE in argon. The results show that the discharge after breakdown is in arc mode, the breakdown process can be divided into three stages: the pre-breakdown stage, the breakdown stage, and the post-breakdown stage. In the pre-breakdown stage, the sheath and plasma are not formed, the external electric field can penetrate the entire gap. In the breakdown stage, gas breakdown occurs. As the sheath is formed, the rate of change of plasma parameters increases rapidly and the discharge gap changes from capacitive to resistive. In the post-breakdown stage, the anode sheath gradually becomes thinner, but the region where the field is reversed still exists. The particle and energy balance gradually reach equilibrium, and the entire discharge evolves to a quasi-steady-state.

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