Studying of Filamentation Mechanism for Nanosecond Surface Dielectric Barrier Discharge. Part 1. Local Field Approximation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The goal of this work is to check numerically whether or not the previously proposed mechanism for surface barrier discharge filamentation in nitrogen in the case of positive polarity nanosecond voltage pulse is applicable for similar process in nitrogen and air in the case of negative voltage polarity pulse. The results have shown, that in this case some signs of successful filamentation modeling are present both in nitrogen and air, but the whole dynamics of discharge development is qualitatively different from that one observed in experiment. It is assumed, that the failure of simulation is due to the usage of local field approximation, which is too rough inside a region with steep electron density gradient relevant to filamentation zone.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. R. Solovyov

Moscow Institute of Physics and Technology

Author for correspondence.
Email: vic__sol@mail.ru
Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

D. A. Lisitsyn

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: vic__sol@mail.ru
Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

N. I. Karavaeva

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: vic__sol@mail.ru
Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

References

  1. Soloviev V.R., Krivtsov V.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. P. 114001.
  2. Kinefuchi K, Starikovskiy A.Y., Miles R.B. // Physics of Fluids. 2018. V. 30. P. 106105.
  3. Babaeva N.Yu, Tereshonok D.V, Naidis G.V. // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. P. 044008.
  4. Zhu Y., Starikovskaia S. // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. P. 124007.
  5. Zhu Y., Wu Y., Wei B., Liang H., Jia M., Song H., Li Y. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. V. 53. P. 6517.
  6. Bayoda K.D., Benard N., Moreau E. // J. Applied Phys. 2015. V. 118. P. 63301.
  7. Александров Н.Л., Стариковский А.Ю. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 126.
  8. Starikovskiy A., Aleksandrov N. // Prog. Energy Combust. Sci. 2013. V. 39. P. 61.
  9. Starikovskaia S.M. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 353001.
  10. Stepanyan S.A., Starikovskiy A.Yu., Popov N.A., Starikovskaia S.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2014. V. 23. P. 045003.
  11. Shcherbanev S.A., Ding Ch., Starikovskaia S.M., Popov N.A. // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. P. 065013.
  12. Ding Ch., Khomenko A.Yu., Shcherbanev S.A., Starikovskaia S.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. P. 085005.
  13. Shcherbanev S.A., Popov N.A., Starikovskaia S.M. // Combustion and Flame. 2017. V. 176. P. 272.
  14. Ding Ch., Jean A., Popov N.A., Starikovskaia S.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. P. 045013.
  15. Соловьев В.Р. // Физика плазмы. 2022. Т.48. С.552.
  16. Soloviev V.R., Krivtsov V.M. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 125208.
  17. Soloviev V.R. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1698. P. 012026.
  18. Soloviev V.R, Anokhin E.M, Aleksandrov N.L. // Plasma Sources Sci. Technol. 2020. V. 29. P. 035006.
  19. Wormeester G., Pancheshnyi S., Luque A., Nijdam S., Ebert U. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. P. 505201.
  20. Железняк M.Б., Мнацаканян A.Х., Сизых С.В. // ТВТ. 1982. Т. 20. C. 423.
  21. Дятко Н.А., Кочетов И.В., Напартович А.П. // Физика плазмы. 1992. Т. 18. С. 888.
  22. Kossyi I.A., Kostinsky A.Yu., Matveyev A.A., Silakov V.P. // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V. 1. P. 207.
  23. Chng T.L., Lepikhin N.D., Orel I.S, Popov N.A., Starikovskaia S.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2020. V. 29. P. 035017.
  24. Bacri J., Medani A. // Physica B+C. 1982. V. 112. P. 101.
  25. Полак Л.С., Словецкий Д.И., Соколов А.С. // Химия высоких энергий. 1972. T. 6. C. 396.
  26. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М.: Атомиздат, 1974. С. 264, 271.
  27. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966. С. 394
  28. Lagmich Y., Callegari Th., Pitchford L.C., Boeuf J.P. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. P. 095205.
  29. Soloviev V.R., Krivtsov V.M. // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 927. P. 012059.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of surface barrier discharge realisation

Download (86KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic diagram of the processes to be taken into account

Download (219KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Profiles of ne, E/N (a) and excitation rates of H and C states (b) in the discharge cross section x = 0.01 mm in N2 at V = +40 kV, N/N0 = 4 without correction (1) and with correction (2) of the rate constants of excitation of H and C states

Download (138KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Experimental curves of the streamer-filamentary transition in N2 (1) and air (2) for pulses of positive (red circles) and negative (blue triangles) polarity [13]

Download (96KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Evolution of the ne profile in the discharge section x = 0.005 mm; nitrogen N2, V = +40 kV, N/N0 = 8 (a); profiles of the drift component of the energy input power jdr E and the flux ratio -jdif /jdr in the discharge section x = 0.005 mm at the moment t = 0.2 ns (b)

Download (154KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Evolution of the ne profile in the discharge cross section x = 0.005 mm; air, V = +40 kV, N/N0 = 8

Download (92KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Evolution of the ne profile in the x = 0.05 mm discharge cross section in N2 (solid curves) and air (dashed); V = -40 kV, N/N0 = 6 (a); evolution of the excess ionisation source profiles (solid curves) and E/N (dashed) in the x = 0.05 mm discharge cross section in nitrogen N2; V = -40 kV, N/N0 = 6 (b)

Download (184KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Spatial distributions of ne in air in units of 1015 cm-3 at times 0.06 (a) and 0.08 ns (b); V = -40 kV, N/N0 = 6

Download (155KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Spatial distributions of ne in units of 1015 cm-3 (a) and potential in units of kV (b) in nitrogen at time 0.06 ns; V = -40 kV, N/N0 = 6

Download (157KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».