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Plasma Module

User’s Guide

4 | CONTENTS

Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Boltzmann Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Initial Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Cross Section Import . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Electron Impact Reaction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Theory for the Boltzmann Equation, Two-Term Approximation

Interface 48

The Electron Energy Distribution Function . . . . . . . . . . . . . 48

Boltzmann Equation, Two-Term Approximation . . . . . . . . . . . 49

References for the Boltzmann Equation, Two-Term Approximation

Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Chapter 4: The Drift Diffusion Interface

The Drift Diffusion Interface 58

Domain, Boundary, and Pair Nodes for the Drift Diffusion Interface . . . 61

Drift Diffusion Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Initial Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Electron Production Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

General Power Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Inductive Power Deposition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Microwave Power Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Insulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Electron Density and Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Electron Outlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Theory for the Drift Diffusion Interface 70

Introduction to Drift Diffusion Theory . . . . . . . . . . . . . . 70

Electron Transport Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Source Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Tensor Transport Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

CONTENTS | 5

The Wall Boundary Condition. . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

The Insulation Boundary Condition . . . . . . . . . . . . . . . . 77

The Electron Density and Energy Boundary Condition . . . . . . . . 77

Reference for the Drift Diffusion Interface . . . . . . . . . . . . . 78

Chapter 5: The Heavy Species Transport Interface

The Heavy Species Transport Interface 80

Domain, Boundary, and Pair Nodes for the Heavy Species Transport

Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Cross Section Import . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Diffusion and Migration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Electron Impact Reaction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Surface Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Surface Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Inlet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Outflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Theory for the Heavy Species Transport Interface 104

About the Transport Equations . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Multicomponent Diffusion Equations . . . . . . . . . . . . . . 105

Additional Quantities of Interest . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Auxiliary Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Source Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Thermodynamic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Species Transport Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Mixture Transport Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Surface Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Flux Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

About Surface Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

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