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Kinetic simulation of direct-current driven microdischarges in argon at atmospheric pressure

机译：大气压下氩气中直流驱动微放电的动力学模拟

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A one-dimensional, implicit particle-in-cell Monte Carlo collision model is used to simulate the plasma kinetic properties at a steady state in a parallel-plate direct current argon glow microdischarge under various operating conditions, such as driving voltage (30-1000 V) and gap size (10-1000 μm) at atmospheric pressure. First, a comparison between rf and dc modes is shown for the same pressure, driving voltage and gap spacing. Furthermore, the effect of gap size scaling (in the range of 10-1000 μm) on the breakdown voltage, peak electron density and peak electron current density at the breakdown voltage is examined. The breakdown voltage is lower than 150 V in all gaps considered. The microdischarge is found to have a neutral bulk plasma region and a cathode sheath region with size varying with the applied voltage and the discharge gap. In our calculations, the electron and ion densities are of the order of 10~(18)-10~(23) m~(-3), which is in the glow discharge limit, as the ionization degree is lower than 1%. The electron energy distribution function shows a two-energy group distribution at a gap of 10 μm and a three-energy group distribution at larger gaps such as 200 μm and 1000 μm, emphasizing the importance of the gap spacing in dc microdischarges.
机译：使用一维隐式单元内蒙特卡罗碰撞模型来模拟在平行板直流氩气辉光微放电在各种工作条件下（例如驱动电压（30-1000） V）和间隙大小（10-1000μm），在大气压下。首先，显示了在相同压力，驱动电压和间隙间距的情况下，射频和直流模式之间的比较。此外，研究了间隙尺寸定标（在10-1000μm的范围内）对击穿电压，击穿电压下的峰值电子密度和峰值电子电流密度的影响。在所有考虑的间隙中，击穿电压均低于150V。发现微放电具有中性的体等离子体区域和阴极鞘区域，其尺寸随施加的电压和放电间隙而变化。在我们的计算中，由于电离度低于1％，电子和离子密度约为10〜（18）-10〜（23）m〜（-3），处于辉光放电极限内。电子能量分布函数在10μm的间隙处显示出两个能量的基团分布，而在较大的间隙（例如200μm和1000μm）中显示出三个能量的基团分布，强调了直流微放电中间隙间距的重要性。

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