本期工坊速读两篇以介质、二次电子发射和沿面放电为主题的数值计算佳作。
介质和二次电子发射是表面放电中非常重要的物理过程，涉及介质-等离子体交互作用的等离子体数值模拟是一项极大的挑战。本期工坊速读两篇以介质、二次电子发射和沿面放电为主题的数值计算佳作： [1] Li X, Sun A, Zhang G and Teunissen J 2020 A computational study of positive streamers interacting with dielectrics Plasma Sources Sci. Technol. 29 065004 [2] Li X, Sun A and Teunissen J 2020 A Computational Study of Negative Surface Discharges: Characteristics of Surface Streamers and Surface Charges arXiv:2005.09173 (accepted by IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation) 研究背景 在高压和电子设备中，介质具有增强电场、沉积电荷、发射二次电子的作用，因而放电常沿着固体绝缘介质表面发生（如下图所示[1]）。典型如绝缘子周围的局部放电，有时会导致局部点击穿。研究电介质和流注的相互作用，对于理解沿面放电现象十分重要。
模型简介 Afivo-streamer[2]是一个开源的等离子体流体代码框架，采用自适应网格、多重网格等方法快速求解泊松方程，并采用OpenMP并行策略。在该代码框架基础上，作者开发了介质模块，包含了二次电子/光子发射、电荷沉积特点。
模型对介质光致发射进行了特殊处理，将光子分为高能光子和低能光子：高能光子在空气中被吸收可引发光电离，到达介质表面可引发光致发射；低能光子不会被空气吸收，到达介质表面可引发光致发射，如上图所示。 计算域如下图所示，将一板状电介质插入平行平板电极中。介质厚度10 mm。放电起始由初始电离种子来引导。电介质相对介电常数设为2。
计算结果与分析 （1）介质与流注的相互作用 计算了不同时刻正负流注电子密度分布如下图所示，正负流注均被介质所吸引。流注沿介质表面发展，会形成沿面流注；沿面流注半径更小，但电子密度，头部电场强度和发展速度都显著高于在气体中发展的流注。
在以往的实验研究当中，流注往往采用针电极引发，介质对流注的吸引被认为是电极和介质间的电场强度增强所导致的[1,3]。本文由于采用了平行平板电极，在放电起始前并不存在横向电场增强现象，因而认为介质对流注的吸引是纯静电性的：下图展示了流注20ns时头部所在水平线上横向电场强度Ex的分布，电介质被流注头部的空间电荷所极化，从而增强了流注和介质间的电场强度。流注头部两侧电场强度不相等，流注则被吸引朝向介质侧发展，最终成为沿面流注。
此外，在相同条件下，负流注比正流注更晚形成沿面流注。这与介质表面积累的表面电荷有关：负流注中电子向介质运动，而正流注电子远离介质，故负流注周围的介质表面积累较多的负电荷更多，这些负表面电荷削弱了负流注和介质之间的电场强度，推迟了沿面负流注的形成。另外，负流注头部电子分布更加弥散，半径较大，因而电场强度也较正流注更低，故介质对负流注的吸引较弱。 （2）离子和光子引发的二次电子发射对沿面放电的影响 流注前方的种子电子对正流注的发展至关重要，而二次电子发射在表面流注传播中扮演的角色依然存在争议。为此，比较了介质二次电子系数为0.5和0时的电子密度和电场分布如下图所示：
结果表明，离子引发的二次电子发射对流注传播几乎没有影响：缓慢的正离子来不及运动至介质表面进一步影响快速移动的流注头部。文章进一步讨论了光致二次电子发射的影响，结果如下图所示：
光致发射系数不同时，电场强度和电子密度分布 由结果可见，流注起始位置距介质较近时，低能光子引发的光致发射有助于引发正流注，而起始位置离介质较远时，光致电离效果更强，光致二次电子发射对表面流注的影响较小。 更多内容（施加电压、介质介电常数、预置表面电荷对沿面放电的影响等）可以参见本期推荐文章正文内容。 参考文献 [1] Sobota A, Veldhuizen E M van and Stoffels W W 2008 Discharge Ignition Near a Dielectric IEEE Transactions on Plasma Science 36 912–3 [2] Teunissen J and Ebert U 2017 Simulating streamer discharges in 3D with the parallel adaptive Afivo framework Journal of Physics D: Applied Physics 50 474001 [3] Sobota A, Lebouvier A, Kramer N J, van Veldhuizen E M, Stoffels W W, Manders F and Haverlag M 2009 Speed of streamers in argon over a flat surface of a dielectric Journal of Physics D: Applied Physics 42 015211
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