邹秀 刘惠平 张小楠 邱明辉

(大连交通大学理学院,大连 116028)

很多关于等离子体鞘层的研究工作都是基于电子满足经典的麦克斯韦速度分布函数,而等离子体中的粒子具有长程电磁相互作用,使用Tsallis提出的非广延分布来描述电子更为恰当.本文建立一个具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘模型,理论推导出受非广延参数q影响的玻姆判据,离子马赫数的下限数值会随着参数q的增大而减小.经过数值模拟,发现与具有麦克斯韦分布(q = 1)电子的碰撞等离子体磁鞘对比,具有超广延分布(q ＜ 1)和亚广延分布(q ＞ 1)电子的碰撞等离子体磁鞘的结构各有不同,包括空间电势分布、离子电子密度分布、空间电荷密度分布.模拟结果显示非广延分布的参数q对碰撞等离子体磁鞘的结构具有不可忽略的影响.希望这些结论对相关的天体物理、等离子体边界问题的研究有参考价值.

1 引 言

实验室里,在等离子体与其周围器壁、电极或是工件之间会形成一个很窄的正空间电荷层,厚度相当于几个电子德拜长度,称为等离子体鞘层.研究等离子体鞘层的结构对等离子体刻蚀、材料表面改性等很多工艺具有极其重要的作用,所以相关的理论和实验的研究工作也从未间断[1-30].这些工作研究了很多具有不同物理条件的等离子体鞘层,例如： 离子与中性粒子的碰撞,离子温度和外加磁场等.然而,很多情况下,对等离子体鞘层的研究工作是基于电子满……