等離子體物理的案例
使用 COMSOL 進行等離子體化學仿真
重物質傳遞系數
對于所有重物質，等離子體接口中的默認設置是基于動力學理論計算擴散系數。用于計算擴散系數的方程使用了每種物質的摩爾質量、勢特征長度、勢能最小值和偶極矩。（你可以在參考文獻4和等離子體模塊用戶指南文檔的物質傳遞屬性部分了解有關此方程的更多信息。你可以手動引入此信息，也可以使用預設物質，如圖4所示。對于離子，默認情況下，使用擴散系數和愛因斯坦關系計算物質遷移率。但是，也可以選擇指定遷移率并使用愛因斯坦關系計算擴散系數。要了解如何將離子遷移率用作一般意義上的電場函數，請參閱參考文獻5。
圖4 模型開發器顯示了用戶定義的氬氣和氧氣混合物的等離子體化學物質的功能。
數據來源
如果沒有等離子體化學和相關數據，也可能很難獲得。需要大量的文獻研究，在許多情況下也需要大量的猜測工作。在這里，我們重點介紹可用于查找與等離子體化學相關的數據的參考文獻。例如，參考文獻6介紹了如何開發等離子體化學。作者還提供了等離子體化學數據的其他參考資料，并討論了如何估算數據。參考文獻2 和參考文獻3是關于等離子體物理和等離子體化學的教科書，并提供等離子體化學數據。參考文獻5包含將離子遷移率用作電場函數的示例。為了獲得電子碰撞反應，我們建議使用 LXCat 數據庫。
獲得完整的等離子體化學的最簡單方法是找到一篇已經完成的論文。參考文獻7和參考文獻8中提供了這方面的一個例子，作者分別介紹并討論了氬氧混合物和氯等離子體的等離子體化學成分。作者使用全局模型來研究化學物質，并使用實驗結果進行驗證。
開發等離子體化學的工作流程
等離子體化學通常用于對等離子體反應器進行建模。但是，最好將等離子體化學的制備與反應器模型的創建分開。設置反應器模型時，建議使用簡單的等離子體化學（如下面示例1 部分中的化學成分）以避免與等離子體化學相關的問題。
展開 什么是等離子體（Plasma）？
我們在等離子體理論中，明確定義，一切傳統科學所定義的宇宙、星系、恒星、行星、原子、質子、電子、中子、植物、動物、人類、外星人和生命，都被定義為，是具有不同質量和磁引力場強度的等離子體。
我們對“物質”的定義為：多個等離子體相互作用，在環境中獲得磁引力場的平衡后，組合在一起的分子狀態。
所有磁引力場強度處于物理世界這個層面的等離子體，在物理維度中存在著不同的狀態：
1、甘斯狀態：
在環境中作為單個、獨立、完整的等離子體存在，具有自己的中心旋轉內核與整體的磁引力場，與環境的磁引力場相互作用，產生球形的磁層圈，具有自我意識，可以自我維持，不斷尋找并維持與環境的磁引力場平衡，這樣的等離子體，被定義為——等離子體的“甘斯”狀態。甘斯作為一個等離子體，在中心有一個旋轉內核，這個內核的旋轉運動，同時創造了從中心向外釋放、流動的磁場——磁力場，和從外向內聚集、流動的磁場——引力場。
當甘斯（等離子體）磁力場向環境釋放磁引力場能量的時候，同時引力場也在從環境中吸收磁引力場能量，這樣同時一放一收、一出一進，形成良性循環，維持整體的平衡，在初始質量上就不會有任何減少與消耗，向環境釋放的磁引力場能量越多，同時從環境中吸收的磁引力場能量也越多，作為能量的供給，維持整體的平衡，通過這樣的方式，任何一個甘斯（等離子體）就具有了無限可用的能量，可以在宇宙維持自身的永恒存在。這種無限與永恒，并不是通過貪婪的從環境中獲取更多，讓自己的質量變得更大，大到可以讓自己永恒存在，這種貪婪的方式是不可能讓自己永恒的，因為獲得在多，質量在大，也還是有個具體數字的，仍然是有限的，而無限是沒有具體數字的，通過同時一出一進、一放一收的無限循環，就完美的實現了永恒，即使是一個初始質量非常非常小的等離子體，仍然可以通過這樣的方式在宇宙中自我維持，獲得永恒存在。
展開 核能技術將推動未來太空發展
VASIMR技術
VASIMR的試驗裝置（圖源：網絡）
Ad Astra火箭公司正在開發的NEP系統，即可變比沖磁等離子體火箭（VASIMR），是一種等離子體火箭，在這種火箭中，電場加熱并加速推進劑，形成等離子體，當等離子體從發動機中噴射出來時，磁場將等離子體引導到正確的方向，為航天器創造推力。
與傳統的NEP不同，VASIMR的設計將能夠處理大功率，同時保持電火箭的高燃油效率。
Ad Astra火箭公司首席執行官富蘭克林·張·迪亞斯（Franklin Chang Díaz）說：“在近期內，我們設想VASIMR發動機將支持一系列高功率應用，從地月空間的太陽能到行星際空間的核能。從長遠來看，VASIMR可能是仍處于概念階段的未來聚變火箭的先驅。”
DFD技術
普林斯頓等離子體物理實驗室的“普林斯頓反場約束聚變反應堆”（圖源：網絡）
聚變火箭，如普林斯頓等離子體物理實驗室正在開發的普林斯頓反場約束聚變反應堆概念，將具有產生直接聚變驅動（DFD）的優勢，直接將聚變反應中產生的帶電粒子能量轉化為航天器的推進力。
普林斯頓衛星系統公司（Princeton Satellite Systems）副總裁斯蒂芬妮·托馬斯（Stephanie Thomas）說：“DFD可以產生比其他系統高出幾個數量級的比功率，減少行程時間，增加有效載荷，從而使我們能夠更快地到達深空目的地。也可以供應人類火星任務和月球基地表面動力。”
她還解釋說，DFD的優點是體積小，所需燃料非常少——幾公斤可以為航天器提供十年的動力。
展開 磁約束聚變產業鏈梳理：電源系統處于核心裝備環節
其中電源系統雖不直接參與等離子體物理機制研究，卻為所有子系統提供能量輸入與精確控制，是決定裝置能否穩定運行、能否達到設計參數的關鍵基礎部件。
聚變電源與常規工業電源差異顯著：它強調高穩定度、低噪聲、快速瞬態響應、強抗干擾能力以及復雜工況下的高可靠性，往往需要根據裝置拓撲、線圈參數、脈沖時序進行深度定制開發。森木磊石聚焦聚變裝置電源的工程化實現，圍繞 HL?2M 等大科學工程形成了覆蓋勵磁、加熱、真空、診斷等多場景的電源產品矩陣，在大功率模塊串聯、高壓系統絕緣配合、多電源同步控制等方面積累了大量工程經驗。
隨著聚變產業鏈逐步成熟，具備自主研發與批量交付能力的國產電源企業，將為裝置建設提速降本提供重要支持。其中，深耕聚變電源領域的森木磊石，
擁有國內最齊全的解決方案和豐富的應用案例，可提供直流高壓電源、高壓脈沖電源、陽極高壓電源等全品類產品，憑借成熟的技術方案、豐富的工程驗證經驗以及定制化服務能力，已成為 HL?2M 托卡馬克裝置核心電源配套供應商之一，未來將持續完善產品矩陣、提升技術水平，助力磁約束聚變產業鏈上下游協同發展，推動國產托卡馬克裝置配套電源的自主化進程。
展開 
合肥研究院設計合成氧化鋯/石墨烯復合材料
近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所應用等離子體研究室陳長倫課題組設計合成氧化鋯/石墨烯復合材料，實現對Re(VII)的高效富集。相關研究發表在美國化學會期刊《可持速化學與工程》（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）上。
氧化鋯不僅具有介孔材料比表面積大、孔徑均一的特點，而且同時具有酸性與堿性表面中心，易產生氧空缺，因而具有良好的吸附性能，在污水處理方面有廣闊的應用前景。氧化鋯具有正方晶胞結構和單斜晶胞結構。陳長倫課題組研究人員通過理論計算發現，Re(VII)與正方晶胞結構的氧化鋯結合比與單斜晶胞結構的氧化鋯結合能更大，結合更穩定。課題組人員通過把氧化鋯負載在石墨烯上，氧化鋯單斜晶胞結構全部轉化成正方晶胞結構，同時氧化鋯和石墨烯形成協同富集效應，因而氧化鋯/石墨烯復合材料對Re(VII)的富集能力大大增強。錸作為與锝同處于VIIB族的元素，與锝具有相似的化學性質，常被用來作為锝的非放射性模擬元素。因此氧化鋯/石墨烯復合材料可以用來富集還原高價態的易溶Tc(VII)，從而治理放射性Tc(VII)污染。
該研究得到了國家自然科學基金項目的資助。
拉擠設備https://www.hongyantu.com/index.php?r=good&cd=13&cd2=1302
展開 全球首創多通道等離子體點火器
此外，該院還在航空等離子體動力學國家級重點實驗室支持下研發了滑動弧等離子體燃油噴嘴，顯著拓寬點熄火邊界，并提高燃燒效率。這兩項技術均為自主創新、領先國外的技術，尤其對航空制高點一一高超飛行器的超燃沖壓發動機和渦輪沖壓組合發動機的發展有重要作用。
來源：陜西傳媒網、中國網·絲路中國頻道綜合
comsol等離子體模塊
等離子體模塊模擬出來 電子密度沒有流柱 是啥原因啊
等離子體油煙凈化器的原理
等離子體油煙凈化器是根據低溫等離子體凈化原理和機械離心原理設計的，由離心分離段、高效過濾段、低溫等離子體凈化段、消聲段等組成。
1。離心分離段：采用機械除油技術，風機煤氣動力凈化油煙。利用流體力學的雙向流動理論，實現了葉輪內油煙的分離。通過改變葉片的角度和葉片的形狀，油煙分子在葉輪盤和葉片上碰撞積累。油煙呈顆粒油霧狀，被離心力拋入箱體內壁，從漏水的油管中流出。
2.高效過濾消聲段：經過前端處理后，大部分油煙被去除，而大部分逸出的微米煙經高效過濾段(粗濾和細濾)處理后被過濾，剩余的亞微米油霧顆粒和煙氣中的有毒有害物質和氣味進入低溫等離子體凈化段。
本實用新型具有吸聲降噪功能，有效地控制了設備的整體噪聲。
3。低溫等離子體凈化段：該部分主要采用電暈放電法產生高濃度離子，然后利用等離子體使煙氣中的顆粒以不同的(正負電荷)通過電場通過電場，使煙氣中的顆粒通過電場被吸引、凝聚，單個體積增大并堆積成大質量和沉降，從而凈化煙氣，有效地收集小到亞微米大小的油煙顆粒。與直接用電場板吸附油煙顆粒的靜電凈化方式不同，可以延長電場的有效工作時間，實現低碳操作。
血漿是一種聚集物質。當高能電子與油煙中的分子發生碰撞時，會發生一系列的基本物理化學反應，并在反應過程中產生各種活性自由基和生態氧，即臭氧分解產生的原子氧。活性自由基能有效地破壞各種病毒和細菌中的核酸和蛋白質，使其無法進行正常的代謝和生物合成，從而導致其死亡，而生態氧則能將油煙分子的氣味氣體迅速分解或減少為低分子無害物質。
4.設備末端設有獨立的消聲段，采用優質玻璃纖維消聲材料，采用內孔網架結構體系，使聲波容易有效地進入纖維體的深層，將聲能量轉化為振動能，以保證設備的噪聲得到降低。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1. 應用
?
亞波長光學
?
傳感
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信號傳輸
?
光學偏振器
?
彎曲波導
2. 優勢
?
VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?
搜索具有復值模式指數的模態
?
高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?
三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?
利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?
VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1.應用
?亞波長光學
?傳感
?信號傳輸
?光學偏振器
?彎曲波導
2.優勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?搜索具有復值模式指數的模態
?高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
圖1 模態指數作為銀厚度的函數
對于厚度值較小的一些模式表現出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關于x和y軸對稱。SS0模式備受關注，因為除了其較低的損耗，其坡印廷矢量與一個光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠大于中心。
展開 粗論COMSOL等離子體仿真
如果你不理解你的物理模型，不懂得一些基本的數值計算的基本概念，而直接去使用COMSOL進行仿真任務，那就跟坐穿天猴去火星是一個道理。
接下來小編結合大部分人遇到的問題談一談使用COMSOL對等離子體進行仿真的困難！
1.首先我們要清楚COMSOL能仿真哪些等離子體現象？
這不是一個絕對的能或不能的問題。如果我們單純指comsol的等離子體模塊，那可以仿真的等離子體類型有很多。等離子體模塊的控制方程就是所謂的流體模型（即漂移擴散近似D-DA），我們知道等離子體仿真包括流體模型，粒子模型，混合模型。而流體模型針對不同的等離子體類型又有不同的‘變種’。比如常見的實驗室內低溫等離子體反應器如CCP,ICP，電暈，大氣壓的streamer，jet，直流輝光，這幾大類都可以使用漂移擴散的流體模型。那么對于等離子體反應物種仿真，comsol也提供了全局模型。對于局部電場較高的情況下，提供了局部場（LFA）近似模型。
還有一類采用swarm參數的模型，比如電離系數，復合系數等均為局部電場的函數，這類模型可以使用PDE模塊。
如果想模擬局域或非局域熱平衡狀態的低溫等離子體，比如電弧，等離子體炬等熱等離子體，其控制方程為磁流體力學方程組，此時等離子體模塊將不再適用。而改用組合使用CFD和電磁場模塊。不要再嘗試用不適合的模型求解某個特定問題，那都將是徒勞。
原則上，只要仿真的物理模型為可數值求解的PDE方程組均可以使用comsol進行求解。
2.等離子體模塊的氣壓限制
氣壓不能太低（小于0.01Pa，但實際上針對不同的放電類型，有些類型的最低氣壓限制可能更高），因為氣壓過低等離子體已不能使用流體描述，流體模型將不再適用。
3.
展開 
基于comsol進行等離子體缺陷的二維微結構電磁調制仿真
關鍵詞：微結構器件；禁帶效應；等離子體缺陷；開關調控；電磁波調制
光子晶體是一種介電常數呈周期變化的材料，通常通過調節介質材料與空氣或其他具有折射率差異材料間的周期排列結構，實現電磁波透射率在特定頻段下出現諧振現象，在當前的電磁調制器件開發中有著極為廣闊的應用前景。但受限于光子晶體器件調制功能較為單一、調制靈活性較低這一問題，本文通過在現有光子晶體中設置等離子體二維點缺陷，利用禁帶缺陷態效應，顯著提高了電磁調制器件的調制效率和靈活性，對于高效電磁調制器件的開發設計與有限元仿真具有一定借鑒意義。
本文主要從點缺陷和設置及電磁調制響應Comsol仿真仿真展開，基于禁帶缺陷態調制理論，本文選擇三角形晶格結構進行建模，選用氧化鋁為纖維棒作為微結構介質材料進行二維建模，氧化鋁纖維折射率為3.08，直徑為6mm，周圍環境為空氣，折射率為1。為設置二維點缺陷，在中間設置基于SiO2前提的等離子體缺陷，等離子體折射率為0.97，建模如圖1所示。
圖1（a）無點缺陷光子晶體結構建模；（b）設置等離子體二維點缺陷結構建模
基于上述模型建立，對于此二維結構仿真，波源采用端口激勵，波沿Y軸傳播TE模式，電場沿著Z軸振動。為了計算結果的準確，對于此模型中的TM波，沿X軸的兩個邊界處設為完美磁導體，可以用來模擬Ｘ軸方向上無限多層。
通過物理場控制網格劃分后，對于原始二維光子晶體結構在6 GHz~16.2 GHz下進行電磁仿真，仿真結果如圖2所示。仿真結果表明該結構在8~10 GHz和15.2~16 GHz下展現出兩個近零透過率的禁帶頻段，實現了較好的電磁調制。并由禁帶頻率9 GHz下電場分布解析可知，禁帶頻段下，特定波長電磁波無法透過該光子晶體結構，進而展現出極低透射率。
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
展開 COMSOL 中精確求解等離子體模型的方法
在之前的文章中，我們向大家介紹了不同種類的電子能量分布函數 (EEDF)以及它們在等離子體建模中的重要性。今天，我們將通過 COMSOL 案例庫中的一個案例教程，向您演示玻爾茲曼方程，兩項近似接口的使用方法。
編者按：本文 2015 年 4 月 8 日首次發布。現已經更新以反應 COMSOL Multiphysics? 軟件 6.0 版本中的新功能。
玻爾茲曼方程，兩項近似接口簡介
在等離子體模型中，需要電子能量分布函數以及電子傳遞屬性（例如，電子遷移率）。對于最簡單的情況，可以使用麥克斯韋電子能量分布函數和電子遷移率的常數值。然后使用愛因斯坦關系在 COMSOL Multiphysics 中計算其他傳遞屬性。然而，在某些情況下，使用從玻爾茲曼方程的解中獲得的電子能量分布函數并將電子傳遞屬性定義為平均電子能量的函數可能是有利的。但是我們如何獲得這些數據呢？
答案是：使用 COMSOL Multiphysics 中的玻爾茲曼方程，兩項近似接口。COMSOL 案例庫中提供了如何使用此接口的一些示例，其中一個案例是氬氣玻爾茲曼分析模型。為了計算二項近似中的玻爾茲曼方程，需要等離子體的電離度等參數。這些參數是事先未知 的。因此，該過程是一個迭代過程。
該過程首先對參數進行初始估計并求解玻爾茲曼方程。然后，如果需要，將麥克斯韋電子能量分布函數和電子傳遞屬性導入等離子模型。最后，計算等離子體模型，并利用等離子體模型的新參數重新求解玻爾茲曼方程。您可以繼續重復這些步驟，直到達到收斂。
接下來，我們將介紹創建、導出和導入數據到等離子模型的步驟。
電子能量分布函數和電子傳遞屬性
從玻爾茲曼方程，兩項近似接口創建數據
第一步是通過在兩項近似中求解玻爾茲曼方程來創建數據。下圖顯示了用于此步驟的玻爾茲曼方程、兩項近似 接口的屏幕截圖。
展開 液態鋰對無氧銅的腐蝕研究
近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所托卡馬克物理研究室研究員胡建生課題組在液態金屬鋰對無氧銅的腐蝕行為和機理研究方面取得進展，相關研究成果由博士后孟獻才以Corrosion characteristics of copper in static liquid lithium under high vacuum 為題發表于核材料領域頂級期刊Journal of Nuclear Materials上。
液態鋰對聚變裝置中相關結構材料和第一壁材料的腐蝕特性研究對液態鋰在聚變裝置中的應用和相關材料的選擇具有重要意義。近年來，研究人員開展了大量液態鋰對不銹鋼、鉬及鎢的腐蝕實驗研究，實驗過程中發現了鋰腐蝕損壞實驗裝置無氧銅密封圈的現象（X.C. Meng, et al., Fusion Eng. Des. 2018:128 75）。
在此基礎上，研究人員系統地開展了無氧銅在液態鋰中的腐蝕實驗和模擬研究，結果發現無氧銅與液態鋰無法兼容。液態鋰對無氧銅的腐蝕機理包括：銅在液態鋰中的物理溶解和液態鋰對銅的晶界腐蝕，物理溶解取決于銅在液態鋰中的溶解度，但由于腐蝕裝置中出現多種金屬，銅在液態鋰中的恒溫質量遷移是其質量損失的主要原因；晶界能的存在使晶界銅原子易于溶解在液態鋰中，同時液態鋰也易于通過晶界缺陷滲透進入銅晶界中，致使銅性能受損，同時液態鋰沿銅晶界腐蝕也會造成銅晶粒剝落，造成銅基底損壞和銅質量的大量損失。該研究為液態鋰環境中無氧銅的應用防護提供重要的依據及參考。
以上研究工作獲得等離子體所相關科研人員的鼎力支持，同時也得益于國際同行的合作，并得到國家重點研發專項、國家磁約束核聚變能發展研究專項、國家自然科學基金等的資助。（來源：中國科學院合肥物質科學研究院）
液態鋰對無氧銅的腐蝕機理簡圖
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