什么是等离子体
物质通常分为固体、液体和气体。把气体继续加热，就可能产生等离子体。
因此，等离子体常被称为物质的“第四态”。
等离子体：物质处于电离状态。
电离：分子或原子被打散，分成电子和离子的现象。
离子、电子、原子等粒子相互碰撞，就会形成等离子体。
在什么环境下会产生等离子体呢？
主要是在太阳等超高温区域，或在气体上施加高电压时，就会产生等离子体。
这次我们将分析利用等离子体的工业产品：等离子离子源和等离子电子源。
等离子离子源：在装置内部产生等离子体，并对其施加高电压，将带电粒子作为束流引出到外部的设备。
等离子离子源和电子源广泛用于核聚变研究、半导体制造、质谱仪等多种科研与工业领域。
图1：等离子离子源示意图
等离子离子源与电子源的分析
使用本公司提供的 PIC PLASMA3D，对等离子离子与等离子电子进行模拟分析。
分析模型如下。
分析模型
该结构通过引出电极，从等离子体生成室中的“等离子体”里只提取离子或电子。
我们制作了如上 CAD 模型，并对生成室内等离子体中各粒子（电子、离子）的引出过程进行了分析。
等离子离子源的分析条件
表1：分析条件
| 分析软件 | PIC-PLASMA3D |
|---|---|
| 分析类型 | 静电场空间中的等离子体行为分析 |
| 初始等离子体密度 | 1.0×1011[个/m3] |
| 电压 | 引出电极：-500k[V] 等离子体生成室：40k[V] |
| 时间步长 | 1.0×10-10[s] |
| 总仿真时间 | 1.0×10-7[s] |
等离子电子源的分析条件
| 分析软件 | PIC-PLASMA3D |
|---|---|
| 分析类型 | 静电场空间中的等离子体行为分析 |
| 初始等离子体密度 | 1.0×1011[个/m3] |
| 电压 | 引出电极：50k[V] 等离子体生成室：-4k[V] |
| 时间步长 | 1.0×10-10[s] |
| 总仿真时间 | 1.0×10-6[s] |
分析结果
图2：等离子离子源的分析结果
图3：等离子电子源的分析结果
以上视频为使用 PIC PLASMA3D计算结果的可视化展示。
视频中的数据表示电子（左）与离子（右）的数密度 [个/m3]。
我们模拟了：从生成室初始存在的等离子体中，通过引出电极提取电子与离子的过程。
等离子电子源和等离子离子源都成功把各粒子从等离子体中引出来了。
由于本次使用的 CAD 模型较为简化，可以看到有较多等离子体撞击壁面并发生损失。
通过多次进行类似仿真，可望提升等离子产品的性能。
欢迎使用 PIC PLASMA3D 来优化等离子离子源与电子源的设计。