Collision chemistry impact on Townsend’s avalanche development

• Autorzy: Łodyga Wiktor

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.06.04

Warianty tytułu

PL

Wpyw chemii kolizji na rozwój lawiny Townsenda

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article explores the impact of collision chemistry on Townsend’s avalanche development through an innovative computational approach. By combining the Particle-in-Cell algorithm and Monte Carlo Collisions, we determine the )rst Townsend coef)cient for Helium gas. Further, we investigate the in*uence of a variable number of excitation collisions to achieve accurate compliance with experimental results. This work involves the use of a custom-built meta-programming library in the Julia programming language, enabling automatic code generation for enhanced ef)ciency and reproducibility.

PL

Artykuł bada wpływ chemii kolizji na rozwój lawiny Townsenda za pomocą innowacyjnego podejścia obliczeniowego. Poprzez połączenie algorytmu Particle-in-Cell i Monte Carlo Collision, wyznaczono pierwszy współczynnik jonizacji Townsenda dla helu. Zbadano wpływ zmiennej liczby kolizji wzbudzenia w celu uzyskania dokładnej zgodności z wynikami eksperymentalnymi. Do tych badań wykorzystano autorska bibliotekę meta-programowania napisana w języku programowania Julia, umożliwiająca automatyczna generacje kodu w celu poprawy wydajności i reprodukowalności badań.

Słowa kluczowe

EN

Monte Carlo Collisions; particle-in-cell; Townsend’ savalanche; Townsendcoef cient; Julia programming language; metaprogramming; GPU programming

PL

Monte Carlo Collisions; particle-in-cell; lawina Townsenda; wspóczynnik Townsenda; jezyk programowania Julia; metaprogramowanie; karta graficzna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 6
• Strony: 23--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Łodyga Wiktor

• Institute of Theory of Electrical Engineering, Measurement and Information Systems, Faculty of Electrical Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] J. Townsend: Electricity in gases Oxford: Clarendon press, 1915
• [2] N. Crossette, T. G. Jenkins, J. R. Cary, J. Leddy, and D. N. Smithe: Determination of First Townsend Ionization Coef Gcient by Simulation, 2019 IEEE Pulsed Power & Plasma Science (PPPS), Orlando, FL, USA: IEEE, Jun. 2019, pp. 1–3.
• [3] L. M. Chanin and G. D. Rork: Experimental Determinations of the First Townsend Ionization CoefGcient in Helium, Phys. Rev., vol. 133, no. 4A, pp. 1005-A1009, Feb. 1964
• [4] M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg: Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, Lieberman/Plasma 2e. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2005
• [5] C. K. Birdsall: Particle-in-cell charged-particle simulations, plus Monte Carlo collisions with neutral atoms, PIC-MCC, IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 19, no. 2, pp. 65–85, Apr. 1991
• [6] C. Nieter and J. R. Cary: VORPAL: a versatile plasma simulation code, Journal of Computational Physics, vol. 196, no. 2, pp. 448–473, May 2004
• [7] J. Bezanson, A. Edelman, S. Karpinski, and V. B. Shah: Julia: A Fresh Approach to Numerical Computing, SIAM Rev., vol. 59, no. 1, pp. 65–98, Jan. 2017
• [8] S. Pancheshnyi, S. Biagi, M. Bordage, G. Hagelaar, W. Morgan, A. Phelps, L. Pitchford: The LXCat project: Electron scattering cross sections and swarm parameters for low temperature plasma modeling, Chem. Phys. (2012) 398, 148–153
• [9] V. Vahedi, C. K. Birdsall, M. A. Lieberman, G. DiPeso, and T. D. Ronhlien: Capacitive RF discharges modelled by particlein-cell Monte Carlo simulation. II. Comparisons with laboratory measurements of electron energy distribution functions, Plasma Sources Sci. Technol., vol. 2, no. 4, pp. 273–278, Nov. 1993
• [10] Z. Donko et al.: eduPIC: an introductory particle based code for radio-frequency plasma simulation, Plasma Sources Sci. Technol., vol. 30, no. 9, p. 095017, Sep. 2021
• [11] C. B. Opal, W. K. Peterson, and E. C. Beaty: Measurements of Secondary-Electron Spectra Produced by Electron Impact Ionization of a Number of Simple Gases The Journal of Chemical Physics, vol. 55, no. 8, pp. 4100–4106, Oct. 1971
• [12] VSim Documentation 12.0.3 -r169, VSimExamples: Townsend, [web page] https://txcorp.com [Accessed on 25 Jul. 2023.]

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).