PoP | 西安交通大学李江涛教授和赵政博士团队：揭示重频脉冲放电不稳定性-空间电荷热量沉积的耦合诱因

西安交通大学李江涛教授和赵政博士团队揭示了重频脉冲放电不稳定性与空间电荷热量沉积的耦合诱因，通过研究提出残余电荷定量输运和能量有序传递是调控重频脉冲放电冷等离子体不稳定性的两种基本机制，并总结了重频纳秒脉冲电晕放电向火花放电转变过程中的三种反馈机制。研究背景高重复频率纳秒脉冲放电激励产生的冷等离子体具有电子密度高、化学活性强、能量效率高的特点，但存在放电类型突变和温度陡增等不稳定现象，制约了其在医学应用中的一致性和安全性。大气压冷等离子体的不稳定性既受内在强碰撞过程和复杂能量分配转化路径的影响，也受开放潮湿空气环境、脉冲电源强耦合等外部因素的影响。研究内容研究提出：李江涛教授和赵政博士团队提出残余电荷定量输运和能量有序传递是调控重频脉冲放电冷等离子体不稳定性的两种基本机制。模拟分析：研究采用粒子模型与等离子体动力学模型对重频脉冲放电的残余热量与空间电荷进行联合模拟分析。研究发现：热量累积是放电强度正向增强的重要驱动因素。空间电荷的累积通过改变空间电场分布的方式，增强了放电强度演变过程的非线性程度。反馈机制：研究总结了重频纳秒脉冲电晕放电向火花放电转变过程中的三种反馈机制：由残余热量主导的放电增强正反馈过程。由累积空间电荷主导的放电削弱正反馈过程。由暂态空间电荷主导的放电稳定负反馈过程。放电演变：在三种反馈机制的共同作用下，重频纳秒脉冲放电等离子体呈现出“暂态电晕-电晕增强-火花通道建立”的放电强度和模式演变过程。研究意义研究结果为重频纳秒脉冲放电等离子体动力学特性提供了一种新的仿真建模思路。有助于进一步推动冷等离子体关键微观参数“透明化”，为实现冷等离子体精确调控提供理论基础。研究团队李江涛教授：现任西安交通大学电气工程学院教授（博导），电气学院“十四五”学科规划生物电磁学科带头人，IEEE会员、《High Voltage》科学编辑。研究方向包括电力设备智能感知、脉冲功率技术与等离子体、生物电磁。曾主持承担国家级重点研发项目、自然科学基金青年项目和面上项目、省部级以及军工项目30余项，在国内外学术期刊上发表研究论文50余篇，申请专利30余项。赵政博士：助理教授（博士后），现就职于西安交通大学电气学院，获得西安交通大学青年优秀人才支持计划A类支持。主要研究方向为生物电磁技术、低温等离子体技术。主持国家自然科学基金青年基金、陕西省重点研发计划等纵向和横向项目，参与国家重点研发计划和重点基金等。其他成员：李晨颉：博士研究生，主要研究方向为低温等离子体调控技术。汪毅峰：博士研究生，主要研究方向为生物电磁技术。郑昕雷：博士研究生，主要研究方向为低温等离子体调控技术。原文信息标题：Effects of surplus heat and space charges on dynamic evolution of nanosecond repetitively pulsed discharges期刊：Physics of Plasmas 29, 023509 (2022)作者：Chenjie Li, Yifeng Wang, Xinlei Zheng, Zheng Zhao, and Jiangtao Li原文链接：https://doi.org/10.1063/5.0072246期刊介绍Physics of Plasmas (PoP)致力于出版实验、计算和理论等离子体物理学所有领域的原创研究，包括全面深入的综述和涵盖重要研究领域的前瞻性文章。