MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)Stanfordfv545mv1984
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a500
■1001  ▼aPrzybocki,  Ryan  Casey.
■24510▼aPlasma  Self-Organization  in  a  Low-Temperature  ExB  Discharge
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a243  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Cappelli,  Mark.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2025.
■520    ▼aLow-temperature  plasma  discharges  commonly  use  perpendicular  electric  (E)  and  magnetic  (B)  fields  to  set  up  a  closed  electron  drift  along  the  ExBdirection.    This  crossed-field  configuration  traps  the  electrons,  thereby  increasing  the  likelihood  of  ionizing  collisions  at  low  pressures  and  allowing  for  large  electric  fields  to  accelerate  ions  in  the  plasma.  Crossed-field  plasmas  have  practical  applications  ranging  from  Hall  thrusters  for  space  propulsion  to  magnetron  sputtering  devices  for  thin  film  deposition.Partially  magnetized  plasmas  are  subject  to  an  assortment  of  instabilities  that  propagate  as  waves  in  a  saturated  state.  These  oscillations  are  often  proposed  as  a  mechanism  behind  the  anomalously  high  electron  mobility  across  the  magnetic  field.  In  this  thesis,  a  small  crossed-field  direct-current  discharge  is  used  to  study  self-organized  oscillations  in  a  partially  magnetized  plasma.  Experiments  are  conducted  on  six  different  gas  species:  helium,  neon,  argon,  krypton,  xenon,  and  molecular  nitrogen.  This  variety  of  gases  supports  an  experimental  study  of  how  ion  mass  and  ionization  energy  affect  the  plasma  characteristics.  The  magnetic  field  in  the  discharge  is  in  the  0.1−1.0  T  range,  and  the  ambient  gas  pressure  varies  between  13  and  67  Pa,  which  makes  the  Hall  parameter  comparable  to  other  experiments  in  the  literature.  A  segmented  anode  diagnostic  measures  azimuthal  variations  in  discharge  current  indicative  of  plasma  disturbances  propagating  along  the  electron  drift  direction.  Fast  Fourier  transforms  and  continuous  wavelet  transforms  are  used  in  the  data  analysis  to  extract  the  frequency-wavenumber  spectrum  of  the  oscillations.The  first  type  of  self-organization  studied  is  the  "rotating  spoke"  oscillation,  a  relatively  long  wavelength  plasma  structure  propagating  along  the  closed-drift  azimuthal  direction.  This  oscillation  is  observed  in  all  gas  species  except  helium  for  the  pressure  range  studied.  The  current-voltage  characteristics  have  regions  of  negative  differential  resistance,  and  a  fluid  theory  is  invoked  to  explain  this  phenomenon  in  relation  to  ionization  processes.  Spokes  are  observed  propagating  in  both  the  +Ex  B(prograde)  and  −Ex  B(retrograde)  directions  at  frequencies  of  0.3  −  4.6  MHz.  Both  directions  are  observed  in  all  species  except  neon,  where  only  −Ex  B-directed  spokes  are  measured.Heavier  ion  species  and  higher  pressures  are  more  conducive  to  +Ex  Bpropagation.  Under  certain  pressure  conditions,  a  transition  from  −Ex  Bto  +Ex  Bspoke  rotation  occurs  in  argon,  krypton,  and  xenon  when  the  discharge  current  increases.  The  direction  reversal  is  usually  preceded  by  a  chaotic  state  where  no  single  frequency  mode  predominates,  and  the  spectrum  of  the  prograde  spoke  modes  is  less  coherent  than  that  of  the  retrograde  modes.  In  nitrogen,  the  opposite  situation  occurs,  and  an  increase  in  current  triggers  a  reversal  from  +Ex  Bto  −Ex  Bpropagation,  with  an  equally  coherent  spectrum.The  frequency  of  spoke  oscillations  is  between  300  kHz  and  4.6  MHz  depending  on  gas  species,  pressure,  and  discharge  conditions.  In  general,  the  frequency  increases  with  decreasing  ion  mass,  with  the  notable  exception  of  nitrogen,  which  registers  the  highest  frequency  spoke  oscillations  in  the  experiment.  The  transition  to  prograde  spoke  modes  in  the  noble  gases  is  accompanied  by  a  drop  in  frequency.  The  spoke  mode  number  (the  number  of  structures  along  the  plasma  circumference)  ranges  from  1  to  17  and  has  a  nonlinear  dependence  on  pressure  and  current.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aPlasma
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■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358679▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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