加入O2时的最小种子电子密度

1.由去吸附产生的种子电子

等离子体射流在空气中传播，由于周围空气的扩散，等离子体射流中的O2密度可能很高，因此浓度也可能很高。所以，种子电子可以通过的去吸附产生。的形成过程主要是通过下面两个吸附过程[201～202]：

电子的指数衰减时间。在室温下，k8=2.26×10-30cm6/s和k9=1.24×10-31cm6/s[36，39]。在大气压空气条件下，Δt大约为20ns。当产生后，如果脉冲频率足够高，在通过二体和三体离子间的复合或扩散等作用消失之前，在下一个脉冲放电时，它可以通过去吸附产生种子电子。

例如，在0.2个大气压，氦气混合1%O2的情况下，当脉冲频率为400 Hz时，的密度大约是2×109cm-3，而400 Hz对应的是可重复放电模式的临界频率[172，185]。由去吸附产生的种子电子密度约为2.5×108cm-3，而原始剩余自由电子密度远小于106cm-3[185]，即当O2存在时，去吸附是种子电子的主要来源。

另一项研究表明，在大气压下，可重复放电模式的临界频率约为250 Hz，而前一个脉冲产生的剩余电子的密度为104～105cm-3[171]。在这种情况下，当初始电子密度在1011～1013cm-3之间变化时，由去吸附产生的种子电子在1×109～1.3×109cm-3这个范围[172]。值得注意的是，等离子体子弹推进模式转变的临界频率与O2含量有关。进一步的估算表明，对于不同比例的氦氧混合气体，满足可重复推进模式所需的最小种子电子密度基本相同。然而，这个值与气压有很大关系。具体来说，当气体压强为4kPa时，所需的种子电子密度为107cm-3；当气体压强增大到0.2个大气压时，所需的种子电子密度为108cm-3；而对于气体压强为1个大气压时，所需的种子电子密度为109cm-3。(www.xing528.com)

2.由光电离产生的种子电子密度

另一方面，光电离总是存在的，因为当等离子体射流在周围空气中产生时，其中总是含有少量的空气。对于空气的正流注，人们认为光电离对流注的推进过程至关重要。在大气压条件下，研究发现，光电离仅在种子电子密度小于107cm-3时才影响流注的传播，由此判断光电离产生的电子密度应该在107cm-3的量级[94]。数值模拟发现，当只考虑种子电子，并将种子电子密度设定为107cm-3，或者仅考虑光电离效应时，模拟得到这两种情况下流注的推进行为相似，因此认为光电离贡献的电子密度约为107cm-3[124]。另一项研究表明，密度为109cm-3的与光电离作用类似，因为并非所有的在等离子体子弹的推进过程中去吸附产生电子[117]。因此，可以得出这样的结论，即光电离产生的最大电子密度应该小于109cm-3。

另一个研究发现，密度为2×109cm-3的，由于去吸附产生的种子电子密度几乎低了一个数量级，为2.5×108cm-3[185]。换句话说，当施加电场时，只有大约10%的去吸附产生了种子电子。因此，有理由假设光电离产生的种子电子密度约为108cm-3。这一数值与许多研究者的结果一致，结果表明光电离导致流注头部产生一个弱电离等离子体云，其电子密度随离流注头部距离的增加而减小，紧靠头部光电离导致的种子电子密度最高达108cm-3[182，186]。这些工作还得出另一个重要结论，即光电离可以在最远达2mm的距离内产生大量的种子电子。另一项研究表明，当浓度低于109cm-3时，去吸附机制对种子电子的贡献不如光电离重要[84]，因为不是所有的在大约4ns的等离子体子弹的推进时间内去吸附产生种子电子，因此此时去吸附产生的种子电子密度也应小于109cm-3。

根据上述研究，可以得出如下结论，即光电离实际产生的电子密度在107～108cm-3量级。需要强调的是，这些研究中的电极结构、外加电压和气体成分是不同的，但光电离引起的电子密度相差不大。