微空心阴极放电的流体模型模拟

采用流体模型研究了微空心阴极放电(MHCD)的特点，对放电中电场的形成，电子和离子的密度分布，电子能量分布进行了数值模拟.该计算是针对高气压，圆筒形阴极结构下的He放电.结果表明放电中存在空心阴极效应，从电子能量分布可以看出，放电中存在高能电子，放电空间的电场分布主要表现为径向电场.此外，通过改变气压，阴极孔径等参数计算出它们对放电的影响.分析表明减小孔径有利于负辉区更充分的重合.提高气压将缩短阴极位降区. 关键词： 微空心阴极放电 流体模型     

槽型空心阴极放电中槽底阴极面的电子发射对放电的影响

运用粒子和流体组合模型理论研究了槽型空心阴极放电中槽底阴极面上二次电子发射对放电等离子体特性、电离特性及阴极溅射的影响.研究表明,从槽底阴极面发射的电子在进入负辉区后,可以形成振荡电子,因而具有增强电离的作用.根据各阴极面上的离子的空间分布可以推知槽底附近的阴极面上的溅射较强,这可以解释槽型空心阴极放电实验中观察到的因溅射导致槽底截面形状圆形化的现象.     

槽型空心阴极放电中槽底阴极面的电子发射对放电的影响

运用粒子和流体组合模型理论研究了槽型空心阴极放电中槽底阴极面上二次电子发射对放电等离子体特性、电离特性及阴极溅射的影响.研究表明,从槽底阴极面发射的电子在进入负辉区后,可以形成振荡电子,因而具有增强电离的作用.根据各阴极面上的离子的空间分布可以推知槽底附近的阴极面上的溅射较强,这可以解释槽型空心阴极放电实验中观察到的因溅射导致槽底截面形状圆形化的现象     

N_2空心阴极放电向微空心阴极放电转变的PIC/MC模拟

开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N2传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明,不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似,但空心阴极孔径减小且气压增加时,电场近似线性增加;典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级;微空心阴极放电产生的电子,氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级,且微空心阴极放电中,N2+密度比N+密度大8倍以上。     

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开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N2传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明,不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似,但空心阴极孔径减小且气压增加时,电场近似线性增加;典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级;微空心阴极放电产生的电子,氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级,且微空心阴极放电中,N2+密度比N+密度大8倍以上。     

氦气空心阴极放电动力学过程的模拟研究

利用流体模型模拟研究了氦气空心阴极放电的时空动力学过程,计算得到了不同放电时刻电子和亚稳态氦原子密度、电势、电场、基态电离速率和分步电离速率等的时空分布特性。特别是讨论了亚稳态原子和分步电离对于放电的影响。结果表明,随着电流的增长,放电处于五个不同的放电模式:第一阶段电流上升非常缓慢,为汤生放电模式,带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场均很弱;第二阶段电流迅速上升,放电模式由汤生放电向空心阴极放电过渡,带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场迅速增强;第三阶段达到准稳态阶段,放电电流增长速度变缓,形成了明显的阴极鞘层结构;第四阶段为空心阴极效应形成阶段,向稳态阶段过渡;第五阶段为稳态放电阶段。研究结果同时表明,亚稳态氦原子和分步电离在放电的初始阶段对于放电的发展作用较弱,在前三阶段中,电子的产生以基态电离为主。随着放电的发展,由亚稳态原子引起的分步电离对新的电子产生的作用逐渐接近并超过基态电离,对总电离的贡献率越来越高。     

气体放电空心阴极鞘层氩离子的蒙特-卡罗模拟研究

建立了气体放电空心圆筒阴极鞘层离子的自洽蒙特-卡罗模拟模型,对鞘层区内离子的输运过程进行了研究。考虑了离子与中性原子的电荷交换碰撞和弹性散射,用到了精确依赖于离子能量的电荷交换和动量输运截面。模拟了氩离子在空心阴极鞘层中的运动,得到了不同放电条件下自洽电场分布,离子的能量分布,角分布以及电子密度分布和离子密度分布。计算结果表明:离子在由鞘层边界向阴极运动过程中,离子能量分布的高能部分逐渐增大,角分布向小角度部分压缩,鞘层中的强电场对离子起加速和聚焦作用;在鞘层内离子密度分布比较均匀,只是在鞘层边界附近变化 关键词：     

微空心阴极放电时空特性

为了揭示微空心阴极放电的放电机理,利用流体模型研究了矩形微空心阴极放电的时间和空间分布特性。在氩气环境下计算得到了压强为1.3×10~4Pa时电流、电势、电场、电子和离子密度等随时间的发展变化。结果表明,整个放电过程分为四个阶段,即预放电阶段、电场由轴向向径向转换阶段、电流缓慢增长向空心阴极效应过渡阶段和稳态放电阶段。稳态放电时出现明显的空心阴极效应,阴极位降区存在很高的径向电场和较高的电子平均能量,而负辉区径向电场很弱,电子平均能量较低,电子和离子密度峰值出现在负辉区,二者数值基本相等,而在阴极位降区离子密度远高于电子密度。     

微空心阴极放电的3维数值模拟

 给出了圆筒形微空心阴极的3维流体方程组及其稳态的差分方程和合理的边界条件,并利用计算机模拟计算,得出了He放电形成的粒子密度、电子能量、 电场及电势分布。讨论了在阴极孔径为240~360 mm,气压6 666.1~13 332.2 Pa的范围内放电参量的变化规律:固定电压和气压时,阴极孔径减小,负辉区重合越多;固定阴极孔径和气压时,气压升高,带电粒子密度随着气压增加而增加。结果表明放电参量强烈依赖阴极孔径和气压。     

N2微空心阴极放电特性及其阴极溅射的PIC/MC模拟

采用两维PIC/MCC模型模拟了氮气微空心阴极放电以及轰击离子 (N₂⁺,N⁺) 的钛阴极溅射. 主要计算了氮气微空心阴极放电离子 (N₂⁺,N⁺) 及溅射原子Ti的行为分布, 并研究了溅射Ti 原子的热化过程. 结果表明: 在模拟条件下, 空心阴极效应是负辉区叠加的电子震荡; 在对应条件下, 微空心较传统空心放电两种离子 (N₂⁺,N⁺) 密度均大两个量级, 两种离子的平均能量的分布及大小几乎相同; 在放电空间N⁺的密度约为N₂⁺的1/6, 最大能量约大2倍; 在不同参数 (P, T, V)下, 轰击阴极内表面的氮离子(N₂⁺,N⁺)的密度近似均匀, 其平均能量几乎相等; 从阴极溅射出的Ti原子的初始平均能量约6.8 eV, 离开阴极约0.15 mm处几乎完全被热化. 模拟结果为N₂微空心阴极放电等离子体特性的认识提供了参考依据. 关键词： 微空心阴极放电 PIC/MC模拟 2等离子体')" href="#">N₂等离子体     

Discharge characteristics of the DUHOCAMIS with a high magnetic bottle-shaped field

For the purpose of producing high intensity, multiply charged metal ion beams, the dual hollow cathode ion source for metal ions (DUHOCAMIS) was derived from the hot cathode Penning ion source combined with the hollow cathode sputtering experiments in 2007. To investigate the behavior of this discharge geometry in a stronger magnetic bottle-shaped field, a new test bench for DUHOCAMIS with a high magnetic bottle-shaped field up to 0.6 T has been set up at the Peking University. The experiments with magnetic fields from 0.13 T to 0.52 T have indicated that the discharge behavior is very sensitive to the magnetic flux densities. The slope of discharge curves in a very wide range can be controlled by changing the magnetic field as well as regulated by adjusting the cathode heating power; the production of metallic ions would be much greater than gas ions with the increased magnetic flux density; and the magnetic field has a much higher influence on the DHCD mode than on the PIG mode.     

流体-亚稳态原子传输混合模型模拟空心阴极放电特性

利用流体-亚稳态原子传输混合模型研究了氩气矩形空心阴极放电稳态时的参数. 数值计算得到了压强为10 Torr时的电势、电子、离子和亚稳态氩原子密度以及电子平均能量的分布. 结果表明电子和离子密度峰值为4.7×10¹² cm^-3, 亚稳态原子密度峰值为2.1×10¹³ cm^-3. 本文同时对流体-亚稳态原子传输混合模型和单一流体模型模拟得到的放电参数进行了比较. 结果表明, 分步电离是新电子产生的重要来源, 亚稳态原子对空心阴极放电特性有重要影响. 与单一流体模型相比, 混合模型计算得到的电子密度升高, 阴极鞘层宽度和电子平均能量降低. 关键词： 空心阴极放电 流体-亚稳态原子传输模型 电子密度 分步电离     

气体放电阴极鞘层氩离子的自洽蒙特卡罗模拟

建立了气体放电阴极鞘层离子的自洽蒙特卡罗模拟模型,考虑了离子与中性原子的电荷交换碰撞和弹性散射,用到了精确依赖于离子能量的电荷交换和动量输运截面。模拟了氩离子在阴极鞘层中的运动,得到了不同气压下自治电场分布,离子的能量分布和角分布,发现:离子由鞘层边界向阴极运动过程中,离子能量分布的高能部分逐渐增大,角分布向小角度部分压缩,鞘层中的强电场加速和聚焦了离子;在鞘层边界附近的电场呈非线性。     

Discharge characteristics of the DUHOCAMIS with a high magnetic bottle-shaped field

For the purpose of producing high intensity, multiply charged metal ion beams, the dual hollow cathode ion source for metal ions （DUHOCAMIS） was derived from the hot cathode Penning ion source combined with the hollow cathode sputtering experiments in 2007. To investigate the behavior of this discharge geometry in a stronger magnetic bottle-shaped field, a new test bench for DUHOCAMIS with a high magnetic bottle-shaped field up to 0.6 T has been set up at the Peking University. The experiments with magnetic fields from 0.13 T to 0.52 T have indicated that the discharge behavior is very sensitive to the magnetic flux densities. The slope of discharge curves in a very wide range can be controlled by changing the magnetic field as well as regulated by adjusting the cathode heating power; the production of metallic ions would be much greater than gas ions with the increased magnetic flux density; and the magnetic field has a much higher influence on the DHCD mode than on the PIG mode.     

空心阴极放电中激光激发原子荧光法的应用

本文介绍了空心阴极放电中激光激发原子荧光法的应用,如观察原子的高分辨光谱,检测原子(离子)未定性谱线,测量原子跃迁的自发发射分支比,研究原子从低激发态向高激发态弛豫,共振跃迁的下能级集居数变化现象的研究以及测定激光波长。原子荧光法不是一种最新颖的技术,但是,随着激光技术和其他科学技术的发展,它的新用途不断增长。     

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采用蒙特卡罗模型对氮空心阴极放电等离子体鞘层离子(N2 、N )的输运过程进行了模拟研究,计算了阴极鞘层中氮离子(N2 、N )的能量及角分布的空间变化和粒子密度及平均能量随放电参数的变化规律。研究结果表明:空心阴极放电产生的氮离子,在鞘层输运过程中,N2 是密度几乎不变的低能粒子;N 是密度逐渐减少的高能粒子。随着电压增加,N 密度减小,平均能量增加;N2 密度和平均能量变化不明显。能量及入射角的相对分布规律与平板电极氮直流辉光放电基本类似,但圆筒空心阴极放电更有利于氮离子的产生。