Published March 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Foundations and interpretations of the pulsed-Townsend experiment

Creators

  • 1. James Cook University
  • 2. Australian National University
  • 3. Zemun Hospital
  • 4. University of Belgrade
  • 5. UCSI University
  • 6. Flinders University
  • 7. Serbian Academy of Sciences and Arts
  • 8. University of Ulster
  • 9. Griffith University
  • 10. Quantum (Australia)

Description

Abstract The pulsed-Townsend (PT) experiment is a well known swarm technique used to measure transport properties from a current in an external circuit, the analysis of which is based on the governing equation of continuity. In this paper, the Brambring representation (1964 Z. Phys. 179 532) of the equation of continuity often used to analyse the PT experiment, is shown to be fundamentally flawed when non-conservative processes are operative. The Brambring representation of the continuity equation is not derivable from Boltzmann's equation and consequently transport properties defined within the framework are not clearly representable in terms of the phase-space distribution function. We present a re-analysis of the PT experiment in terms of the standard diffusion equation which has firm kinetic theory foundations, furnishing an expression for the current measured by the PT experiment in terms of the universal bulk transport coefficients (net ionisation rate, bulk drift velocity and bulk longitudinal diffusion coefficient). Furthermore, a relationship between the transport properties previously extracted from the PT experiment using the Brambring representation, and the universal bulk transport coefficients is presented. The validity of the relationship is tested for two gases Ar and SF 6 , highlighting also estimates of the differences.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

إن تجربة نابض تاونسيند (PT) هي تقنية سرب معروفة تستخدم لقياس خصائص النقل من تيار في دائرة خارجية، يعتمد تحليلها على معادلة الاستمرارية الحاكمة. في هذه الورقة، يظهر تمثيل برامبرينغ (1964 Z. Phys. 179 532) لمعادلة الاستمرارية التي تستخدم غالبًا لتحليل تجربة العلاج الطبيعي، معيبًا بشكل أساسي عندما تكون العمليات غير المحافظة فعالة. لا يمكن اشتقاق تمثيل برامبرينغ لمعادلة الاستمرارية من معادلة بولتزمان، وبالتالي فإن خصائص النقل المحددة في الإطار لا يمكن تمثيلها بوضوح من حيث وظيفة توزيع الطور والمساحة. نقدم إعادة تحليل لتجربة PT من حيث معادلة الانتشار القياسية التي لها أسس نظرية حركية ثابتة، مما يوفر تعبيرًا عن التيار المقاس بواسطة تجربة PT من حيث معاملات النقل السائبة العالمية (معدل التأين الصافي، وسرعة الانجراف السائبة ومعامل الانتشار الطولي السائبة). علاوة على ذلك، يتم تقديم علاقة بين خصائص النقل المستخرجة سابقًا من تجربة PT باستخدام تمثيل Brambring، ومعاملات النقل السائبة العالمية. يتم اختبار صحة العلاقة لغازين Ar و SF 6 ، مع تسليط الضوء أيضًا على تقديرات الاختلافات.

Translated Description (French)

Résumé L'expérience Pulse-Townsend (PT) est une technique d'essaim bien connue utilisée pour mesurer les propriétés de transport à partir d'un courant dans un circuit externe, dont l'analyse est basée sur l'équation de continuité qui régit. Dans cet article, la représentation de Brambring (1964 Z. Phys. 179 532) de l'équation de continuité souvent utilisée pour analyser l'expérience PT, s'avère fondamentalement erronée lorsque des processus non conservateurs sont opérationnels. La représentation de Brambring de l'équation de continuité n'est pas dérivable de l'équation de Boltzmann et, par conséquent, les propriétés de transport définies dans le cadre ne sont pas clairement représentables en termes de fonction de distribution phase-espace. Nous présentons une réanalyse de l'expérience PT en termes de l'équation de diffusion standard qui a des fondements solides de la théorie cinétique, fournissant une expression pour le courant mesuré par l'expérience PT en termes de coefficients de transport en vrac universels (taux d'ionisation net, vitesse de dérive en vrac et coefficient de diffusion longitudinale en vrac). En outre, une relation entre les propriétés de transport précédemment extraites de l'expérience PT à l'aide de la représentation de Brambring et les coefficients universels de transport en vrac est présentée. La validité de la relation est testée pour deux gaz Ar et SF 6 , en soulignant également les estimations des différences.

Translated Description (Spanish)

Resumen El experimento pulsed-Townsend (PT) es una técnica de enjambre bien conocida utilizada para medir las propiedades de transporte de una corriente en un circuito externo, cuyo análisis se basa en la ecuación de continuidad que rige. En este documento, la representación de Brambring (1964 Z. Phys. 179 532) de la ecuación de continuidad utilizada a menudo para analizar el experimento de PT, se muestra fundamentalmente defectuosa cuando los procesos no conservadores están operativos. La representación de Brambring de la ecuación de continuidad no es derivable de la ecuación de Boltzmann y, en consecuencia, las propiedades de transporte definidas dentro del marco no son claramente representables en términos de la función de distribución de espacio de fase. Presentamos un nuevo análisis del experimento PT en términos de la ecuación de difusión estándar que tiene fundamentos firmes de la teoría cinética, proporcionando una expresión para la corriente medida por el experimento PT en términos de los coeficientes universales de transporte a granel (tasa de ionización neta, velocidad de deriva a granel y coeficiente de difusión longitudinal a granel). Además, se presenta una relación entre las propiedades de transporte previamente extraídas del experimento PT utilizando la representación de Brambring y los coeficientes universales de transporte a granel. La validez de la relación se prueba para dos gases Ar y SF 6 , destacando también las estimaciones de las diferencias.

Files

Casey_et_al_2021_PSST_Foundations_and_interpretations_of_the_pulsed_Townsend_experiment_30_035017.pdf.pdf

Files (2.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f0f555bbde06e2a22100988acf20ae06
2.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أسس وتفسيرات تجربة نابض تاونسيند
Translated title (French)
Fondements et interprétations de l'expérience Pulse-Townsend
Translated title (Spanish)
Fundamentos e interpretaciones del experimento Pulsed-Townsend

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3129480025
DOI
10.1088/1361-6595/abe729

Is supplement to
https://openalex.org/W3204141150 (Other)
https://openalex.org/W3109848999 (Other)
https://openalex.org/W2075807176 (Other)
https://openalex.org/W2073833928 (Other)
https://openalex.org/W2010701989 (Other)
https://openalex.org/W1994822208 (Other)
https://openalex.org/W1989208673 (Other)
https://openalex.org/W1988875562 (Other)
https://openalex.org/W1982305278 (Other)
https://openalex.org/W1973827956 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1509287766
  • https://openalex.org/W1560091087
  • https://openalex.org/W1661036075
  • https://openalex.org/W1861182278
  • https://openalex.org/W1966014581
  • https://openalex.org/W1966866767
  • https://openalex.org/W1968817349
  • https://openalex.org/W1969580049
  • https://openalex.org/W1970927624
  • https://openalex.org/W1973192336
  • https://openalex.org/W1974776424
  • https://openalex.org/W1984643971
  • https://openalex.org/W1987795011
  • https://openalex.org/W1993327934
  • https://openalex.org/W1993996555
  • https://openalex.org/W1994582590
  • https://openalex.org/W1994743729
  • https://openalex.org/W1999595658
  • https://openalex.org/W2004781296
  • https://openalex.org/W2012332001
  • https://openalex.org/W2015494907
  • https://openalex.org/W2018084793
  • https://openalex.org/W2022345774
  • https://openalex.org/W2022375179
  • https://openalex.org/W2024879546
  • https://openalex.org/W2027148133
  • https://openalex.org/W2030021477
  • https://openalex.org/W2031028119
  • https://openalex.org/W2036300787
  • https://openalex.org/W2042533471
  • https://openalex.org/W2045740789
  • https://openalex.org/W2046709221
  • https://openalex.org/W2055438370
  • https://openalex.org/W2055648052
  • https://openalex.org/W2055995206
  • https://openalex.org/W2056416013
  • https://openalex.org/W2056617385
  • https://openalex.org/W2060210147
  • https://openalex.org/W2061295906
  • https://openalex.org/W2062911876
  • https://openalex.org/W2063211441
  • https://openalex.org/W2064165231
  • https://openalex.org/W2065501956
  • https://openalex.org/W2067399086
  • https://openalex.org/W2067708945
  • https://openalex.org/W2069005485
  • https://openalex.org/W2070063702
  • https://openalex.org/W2070666207
  • https://openalex.org/W2071590561
  • https://openalex.org/W2071657553
  • https://openalex.org/W2072138767
  • https://openalex.org/W2074133987
  • https://openalex.org/W2074553498
  • https://openalex.org/W2076293762
  • https://openalex.org/W2079578737
  • https://openalex.org/W2080540900
  • https://openalex.org/W2081715667
  • https://openalex.org/W2085667712
  • https://openalex.org/W2086093457
  • https://openalex.org/W2086309923
  • https://openalex.org/W2087793903
  • https://openalex.org/W2092031806
  • https://openalex.org/W2093732015
  • https://openalex.org/W2119171002
  • https://openalex.org/W2126803652
  • https://openalex.org/W2144805410
  • https://openalex.org/W2163124291
  • https://openalex.org/W2167347711
  • https://openalex.org/W2168738088
  • https://openalex.org/W2259278905
  • https://openalex.org/W2282297810
  • https://openalex.org/W2363612398
  • https://openalex.org/W2406257547
  • https://openalex.org/W2420272051
  • https://openalex.org/W2510095607
  • https://openalex.org/W2511020108
  • https://openalex.org/W2518072455
  • https://openalex.org/W2523056908
  • https://openalex.org/W2529654904
  • https://openalex.org/W2590917252
  • https://openalex.org/W2593267412
  • https://openalex.org/W2601790610
  • https://openalex.org/W2606700055
  • https://openalex.org/W2734710772
  • https://openalex.org/W2756971709
  • https://openalex.org/W2759735871
  • https://openalex.org/W2767827507
  • https://openalex.org/W2771337115
  • https://openalex.org/W2790489034
  • https://openalex.org/W2883555250
  • https://openalex.org/W2888852551
  • https://openalex.org/W2901463764
  • https://openalex.org/W2903388111
  • https://openalex.org/W2924588380
  • https://openalex.org/W2965951335
  • https://openalex.org/W3006433305
  • https://openalex.org/W3014804742
  • https://openalex.org/W3098988258
  • https://openalex.org/W3100624448
  • https://openalex.org/W3103972029