分叉行为及其模拟研究-实验结果与模型对比

大量流注放电的实验研究中都发现了分叉行为，流注在时间和空间的随机出现暗示着种子电子在流注头部是随机产生的。负流注依赖电子从电离区到非电离区的迁移从而为电子雪崩提供种子电子[78～82]。另一方面，在没有预电离的情况下，例如在没有由于先前的放电脉冲的剩余电子或者宇宙辐射产生的电子时，正流注需要光电离提供种子电子[83～86]。

近年来，研究者就如何控制流注分叉行为进行了大量的研究[87～88]，例如，用KrF激光照射正流注，当激光脉冲强度大于1.9×105W/cm2，对应的电离密度大约5×105cm-3时，在激光脉冲照射区域的正流注的分叉行为受到抑制[87]。

与之类似的实验，当使用X射线照射氟气分子激发态混合物（He与F2各种比例的混合物），研究发现，在预电离水平大于107cm-3·bar-1时，放电是均匀的；当低于该预电离水平时，放电呈丝状或流注分叉放电模式[88]。

另一方面，分叉行为的仿真是非常具有挑战性的任务。如果使用纯流体模型，则无法用数值模拟的方法获得实验中观察到的分叉行为[81～82，89～90]。直到最近，才出现了少数关于正负两种流注的分叉行为模拟研究的报道。(www.xing528.com)

该模型从统计光子输运和光电离的角度，模拟了常压空气中正流注同轴放电的分叉现象[91]。将基于光子辐射角随机分布和平均自由程吸收的光子输运模型嵌入到基于流体的等离子体输运模型中。计算结果表明，空间上孤立的二次流注是由随机的光电离触发的，这些光电离引发了反向电子雪崩，并最终导致流注分叉现象[91]。

除了上述模拟工作，研究者还利用粒子和混合模型研究了在室温大气压条件下，负流注在没有光电离情况下的发展过程。研究结果表明，流注的粒子模型和混合模型都能得到分叉行为的结果。然而，当使用流体模型时，分叉行为则不能被重现[82]。

为了简化计算，在大多数模拟研究中，使用背景电离替代空气中的光电离作用[92～93]，且背景电子密度设置值相差很大，从102～1010cm-3范围都有[81，93～95]。重要的是，经过研究发现，背景电离对负流注的影响很小，但对正流注的影响很大[81，92～95]。