Detachment is achieved in Magnum-PSI by increasing the neutral background pressure in the target chamber using gas puffing. The plasma is studied using the B2.5 multi fluid plasma code B2.5 coupled with Eunomia, a Monte Carlo solver for neutral species. This study focuses on the effect of increasing neutral background pressure to the plasma volumetric loss of particle, momentum and energy. The plasma particle and energy loss almost linearly scale with the increase of neutral background pressure, while the momentum loss does not scale as strongly. Plasma recombination processes include molecular activated recombination (MAR), dissociative attachment, and atomic recombination. Atomic recombination, which includes radiative and three-body recombination, is the most relevant plasma process in reducing the particle flux and, consequently, the heat flux to the target. The low temperature where atomic recombination becomes dominant is achieved by plasma cooling via elastic H+−H2 collisions. The transport of vibrationally excited H2 molecules out of the plasma serves as an additional electron cooling channel with relatively small contribution. Additionally, the transport of highly vibrational H2 has a significant impact in reducing the effective MAR and dissociative attachment collision rates and should be considered properly. The relevancy of MAR and atomic recombination occupy separate electron temperature regimes, respectively, at eV and eV, with dissociative attachment being relevant in the intermediary. Plasma cooling via elastic H+−H2 collisions is effective at eV.
デタッチメントは、ガスパフを用いてターゲットチャンバー内の中性ガス圧力を増加させることにより、Magnum-PSIにおいて達成される。プラズマは、中性粒子種のためのモンテカルロソルバーであるEunomiaと結合したB2.5多流体プラズマコードB2.5を用いて研究される。本研究は、プラズマの粒子、運動量、エネルギーの体積損失に対する中性ガス圧力増加の影響に焦点を当てている。プラズマの粒子損失とエネルギー損失は、中性ガス圧力の増加とほぼ線形にスケーリングする一方、運動量損失はそれほど強くスケーリングしない。プラズマの再結合過程には、分子活性化再結合（MAR）、解離付着、原子再結合が含まれる。原子再結合は、放射再結合と三体再結合を含み、ターゲットへの粒子フラックス、ひいては熱流束を低減する上で最も重要なプラズマ過程である。原子再結合が支配的となる低温は、弾性H+−H2衝突によるプラズマ冷却によって達成される。振動励起H2分子のプラズマからの輸送は、比較的小さな寄与を持つ追加の電子冷却チャネルとして機能する。さらに、高振動状態のH2分子の輸送は、有効なMARおよび解離付着衝突率を低減する上で大きな影響を持ち、適切に考慮されるべきである。MARと原子再結合の関連性は、それぞれ別個の電子温度領域を占め、解離付着はその中間領域で関連性を持つ。弾性H+−H2衝突によるプラズマ冷却は、[特定の値] eVで有効である。