本期速读一篇近期发表的讨论大气压下，纳秒脉冲放电击穿中高能电子引导作用的实验+模拟研究：
Huang B D, Zhang C, Ren C H, Shao T 2022 Guiding effect of runaway electrons in atmospheric pressure nanosecond pulsed discharge: mode transition from diffuse discharge to streamer. Plasma Sources Sci. Technol. 31, 114002 DOI: 10.1088/1361-6595/ac9c2c
实验设置
如下图所示，实验采用刀-板电极构型，刀电极（宽3.7 cm，尖端曲率4 μm）接高压（负极性脉冲）作为阴极，板电极接地作为阳极，电极间距1 cm。
阳极侧使用电子束流收集器探测逃逸电子（RAE）电流，其上方覆盖一层厚度为1 μm钛薄膜，电子透射截至能量为10 keV；场致二次谐波法（E-FISH）测量间隙不同位置处的z方向电场时空演变过程；高速相机（ICCD）拍摄x-z平面放电形态与流注传播过程。
结果一：RAE电流的波形与幅值
如下图（左侧），RAE电流峰值先于放电电流峰值出现，表明逃逸电子在击穿过程中先于流注过程并起到引导作用；右侧为不同电压峰值下RAE电流幅值分布，随着电压幅值增大，高幅值RAE电流出现的概率增大。
结果二：放电等离子体时空演化
三种峰值电压下，单次放电形态演化如下图所示。放电初期阴极附近为弥散模式，高电压下（约31kV），弥散放电逐渐发展为多个同步发展的流注通道；低电压下（约27kV），电极边缘对放电的增强效应显著，表现为若干个主流注通道率先达到阳极，之后其他流注（发光较弱）继续发展。
在前述的放电图像中，沿x方向，用发射光强的标准差Istd与平均值Im之比定量评估放电均匀性，结果如下图所示：
距离高压电极越远，电压峰值越小，Istd/Im比值越大，x方向放电均匀性越差。
结果三：电场时空演化
高压电极附近电场在击穿之前与外加电压波形严格一致（拉普拉斯场），并在击穿后迅速降低；通道中间位置的电场值在流注传播接近/远离时快速上升/下降 ；电极附近的电场在高电压下与通道中间位置电场趋势相似，低电压下则变化更缓，表明低电压下地电极附近未形成充分发展的流注（多流注通道的同步性或均匀性较差）。
结果四：PIC/MCC模拟
为深入理解逃逸电子在放电演化过程中的作用，在阴极表面设置不同的RAE发射通量，获得相应放电演化过程，以N2C态的密度分布表明放电的光辐射形态，如下图所示。发现在高发射通量下（第一行），多个流注通道相互重叠，放电呈现弥散模式；降低发射通量（第二行），仅在阴极附近可以形成弥散形式，远离高压电极出现若干主流注通道。
基于模拟得到的N2C态密度分布，以nstd(N2C)/nm(N2C)的比值表示放电均匀性，与放电发光的测量结果具有相似趋势（下图左）。对比不同RAE发射通量发现，高能电子引起的较高的预电离密度可以明显提高放电的均匀性，有助于在大气压下产生大体积的弥散放电。
小结：文章联合逃逸电子束流探测、瞬态电场测量和高速相机等多种快过程参数测量手段，并将实验结果与PIC/MCC相结合，综合研究了高能电子在大气压纳秒脉冲击穿过程中的引导作用，可以为RAE相关的科学实验和计算研究提供有益的参考。
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