电子束在相对论返波管振荡器收集极上的能量沉积

在圆周对称的磁场作用下,环形电子束以一定角度轰击在圆柱面的相对论返波管振荡器(RBWO)收集极上并将能量沉积其中,采用蒙特卡罗程序FLUKA,建立了电子的能量沉积分布计算模型,研究了电子能量沉积分布规律;建立了背散射电子的运动模型,模拟了磁场作用下背散射电子的运动轨迹;研究了圆周对称径向磁场的近似方法。研究结果表明:随着磁场强度的增大,最大能量沉积密度增大,背散射电子在更靠近电子束入射区域的位置再次入射并沉积能量,且可能形成一个新的能量沉积峰值。在磁场强度较大时,采用单向的径向磁场即可较好地计算圆周对称径向磁场下背散射电子的能量沉积分布。     

射频低压等离子体电子能量分布函数的探针诊断

本文对于无内电极放电的射频低压等离子体,采用探针电流调制法,设计并建立了三探针诊断电子能量分布函数的测量系统,测量了压力在10^-3—10^-1Torr下氮气等离子体的电子能量分布函数。从理论和实验上研究了探针鞘层上射频干扰电压对测量电子能量分布函数的影响,给出了确定射频干扰值以及对射频干扰的影响进行修正的方法,并采用该方法对实验数据进行了修正,得到了正确的电子能量分布函数。根据所得到的电子能量分布函数计算的电子平均能量,与由探针伏安特性计算得到的电子平均能量相差不超过5％,该结果间接证明了本文实验测量系统的可靠性以及对射频干扰影响进行修正的正确性。     

沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法.对粒子模拟方法 (包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法 (包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介.基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型.研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式.不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定.同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小.在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.     

电子束在弯曲螺线管中的运动

 为研究HIRFL-CSR电子冷却装置中电子束穿过电子冷却装置中弯曲螺线管后电子横向能量的变化,用POISSON程序计算出弯曲螺线管的磁场分布,考虑了空间电荷效应,用数值方法模拟计算了电子在弯曲螺线管中的运动情况,得到了电子束横向能量变化最小时磁场各分量与电子束能量和弯曲螺线管几何尺寸之间的关系,并获得了电子束横向能量在束流截面的空间分布。     

脉冲光电子枪中光电子束性能研究

利用新设计的脉冲光电子枪,研究了光电子束的能量分布,光数密度与激光强度的关系和光电子在电离区内的滞留时间。大部分电子的能量为光发射电子的剩余能量,但量由于电子的空间电荷效应,电子能量分布具有加宽现象。每个激光脉冲发射到电离区内的光电子数密度在１０＾９／ｃｍ＾３以上。     

薄膜电致发光器件电子能量的空间分布

在对ZnS导带结构进行多项式拟合的基础上,利用解析方法,对ZnS型薄膜电致发光器件中的电子输运过程进行了Monte Carlo模拟.研究了夹层结构和分层优化结构薄膜电致发光器件发光层中电子能量的空间分布,得出了两种不同空间分布曲线,即夹层结构中的n形分布和分层优化结构中的U形分布,并分析了导致这种不同分布的原因是由于电子在发光层中输运过程的初始能量不同. 关键词： Monte Carlo模拟 电子能量 空间分布 分层优化结构     

氢负离子在磁场和金属面附近电子通量分布的研究

利用半经典开轨道理论, 研究了磁场和金属面附近氢负离子的剥离电子通量分布, 并揭示了电子通量分布中的振荡结构与经典轨道之间的关系.固定离子到金属面的距离, 研究了不同的磁场强度对电子通量分布的影响. 结果表明, 由于与电子通量分布相联系的剥离电子的经典轨迹增加, 随着磁场强度的增加, 通量分布变得复杂. 此外发现剥离电子的能量变化也会影响电子通量分布. 因此可以通过改变磁场强度大小和剥离电子的能量来调控剥离电子通量分布和干涉图样. 研究结果对于理解负离子在外场、表面附近的电子流通量和剥离电子干涉图样问题以及将来实验研究负离子的光剥离显微问题都可以提供一定的参考. 关键词： 开轨道理论 电子通量 金属面 磁场     

微结构X射线源中电子与阳极作用的蒙特卡罗模拟

根据电子多重散射理论,基于蒙特卡罗方法研究不同能量电子垂直入射不同材料的阳极靶后,电子在阳极靶内的沉积能量分布,及X射线发射位置的能量分布.结果表明：电子在靶内的轨迹扩展和入射电子能量、靶材料有关,99%电子能量沉积在近似圆柱形区域内.且电子在入射方向上的沉积能量分布不是直接递减,而是先递增到一定深度后再递减,符合电子背散射理论.说明X射线产生区域是在距表面一定深度区域内.另外,通过对比分析发现金刚石膜作为电子吸收光栅是不可行的,但作为热沉材料有很大的潜力.这些结论可为微结构X射线源研究及高亮度高相干X射线源设计提供参考.     

射频感应耦合Ar-N2等离子体物理特性的Langmuir探针测量及理论研究

分别通过Langmuir探针测量和动力学模型模拟方法研究了射频感应耦合Ar-N₂等离子体中电子能量分布、电子温度、电子密度等物理量随N₂含量的变化规律.实验研究结果表明：电子能量分布呈现出非Maxwell型分布,并由双温分布向三温分布过渡;电子温度在不同的气压下随N₂含量的增加呈现出不同的变化规律.在放电气压小于1.3 Pa时,电子温度随N₂含量的增加而下降;当气压大于1.3 Pa时,电子温度随N₂关键词： 感应耦合等离子体 2混合气体放电')" href="#">Ar-N₂混合气体放电 电子能量分布 Langmuir探针     

基于流体模型和非平衡态电子能量分布函数的高功率微波气体击穿研究

用流体模型研究高功率微波气体击穿时, 电子能量分布函数常被假设为麦克斯韦分布形式, 此假设可能将给模拟结果带来较大的误差. 通过求解玻尔兹曼方程, 得到非平衡状态下的电子能量分布函数. 分别将上述两类分布函数引入到流体模型中, 对氩气击穿进行了数值模拟. 结果表明, 基于非平衡分布函数得到的击穿时间与粒子模拟结果符合得很好, 而当平均电子能量较低时, 麦克斯韦分布函数的高能尾部导致了较短的击穿时间. 最后, 采用非平衡分布函数计算了不同压强下的氩气击穿阈值, 发现其与实验结果基本符合. 关键词： 微波气体击穿 电子能量分布函数 流体模型 玻尔兹曼方程     

直流空心阴极放电中鞘层区电子的输运过程

采用蒙特－卡洛方法对空心阴极放电中鞘层区电子的输运过程进行了研究，电子在鞘层区被非均匀电场加速，两次碰撞之间的步长是由电子与中性粒子的碰撞频率确定。模型中三种碰撞截面积是由实验和理论数据拟合而来。研究了电子平均能量、电子密度和电离系数在径向的分布。电子能量的空间分布结果与实验很好地符合。 关键词：     

The Impact of Different CO Admixtures on the Electron Kinetics in Collision Dominated RF He/CO Bulk Plasmas

Electron energy distribution functions and mean collision frequencles for the uniform bulk plasma of established rf discharges in He/CO have been obtained by solving the time dependent Boltzmann equation. The results, which are of importance for plasma processing and laser technology, show that already small CO admixtures to He remarkably changes the periodic behaviour of the energy distribution of the electrons by drastical enhancement of the collisional energy dissipation effectiveness in the mixture. These changes can be interpreted on the basis of a lumped energy dissipation frequency in all electron collisions which is determined by the atomic data of the electron collision processes as well as by the admixture fractions and which drastically increases with increasing CO admixture. The degree of modulation of the energy distribution in different parts of the electron energy space and its population on the time average at higher energies are determined by the relation between the rf field frequency and the mentioned lumped energy dissipation frequency.     

负氢离子源中电子能量沉积三维数值模拟研究

本文理论计算了多峰离子源永磁体, 采用二体碰撞模型(binary collision)处理电子之间的库仑碰撞, 采用空碰撞(null-collision)方法处理电子与氢元素相关粒子, 开发了全三维PIC-MCC模拟算法, 并利用该算法模拟了多峰离子源中电子沉积过程, 分析了多峰磁场对电子的空间和能量分布影响, 结果显示: 电子的非均匀分布起源于高能电子在引出区的B× ▽B漂移.     

Relaxation of the Electron Distribution Function

This paper discusses an analytical technique for calculating the relaxation in time of the electron distribution function f in an environment in which no perturbing forces act on the electrons. For t = 0, f may have any arbitrary form presumed to be caused by perturbing forces which were not zero during t < 0. The technique then allows calculation of the relaxation of f in time for the following types of electron collisions: a) elastic collisions with cold neutrons, b) excitation collisions in which the threshold energy for an elastic excitation collision is small compared to the electron energy, c) ionizing collisions when the energy lost by the electron is small compared to its energy, and d) any combination of the above. In this paper the method is described and simple examples are presented to illustrate the physics of relaxation for the collisional categories listed above. It is pointed out that a number of important problems can be solved by this technique primarily in the area of nuclear EMP: the forrnative lag time problem and the calculation of thermalization time. In addition, the details of the afterglow of extinguished discharges in the monotomic gases can be determined.     

Frequency of collisions between electrons and gas and vapor atoms and molecules

A resonant method based on the phenomenon of electron cyclotron resonance is used to determine the frequency of collisions between electrons and He, Ar atoms and H₂S, SO₂, H₂O, and CsCl molecules. Electron distribution over energy is measured under experimental conditions and the mean electron energy determined therefrom. Existing techniques of collision frequency measurement and calculation are discussed. Experimental dependences of reduced collision frequency on mean electron energy are obtained and the parameter E/N is compared to values presented in the literature.     

电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅱ)——数值模拟与结果讨论

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法，应用电磁模型，编写了准三维的电子回旋共振(ECR)放电电离过程的模拟程序，得到了ECR放电过程中电子与离子的相空间分布、电磁场分布.通过对这些分布随时间演化的分析，得出ECR加热发生在ω≈ω_c0且垂直于轴向的区域；ECR区域，微波能量几乎全部耦合给电子，获得能量的电子通过与中性粒子的电离碰撞产生了大量的带电粒子；随着放电的进行，大量带电粒子通过频繁的碰撞，分布由各向异性逐渐趋于各向同性. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗 电离     

一种补偿时间步长限制的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模型

 从碰撞次数的概率分布出发,推导出一种补偿蒙特卡罗碰撞模型,采用以正态分布计算得到的平均碰撞次数作为碰撞概率,来补偿传统方法中忽略的多次碰撞。通过模拟不同折合电场强度条件下He气放电产生电子的运动规律,验证了补偿蒙特卡罗碰撞模型的正确性。计算结果表明:补偿蒙特卡罗碰撞模型可以有效地提高计算效率,特别适用于高气压气体放电现象的粒子模拟。     

Electron distribution function in a weakly ionized He-Hg mixture

The electron energy distribution functions for He-Hg mixture in a uniform electric field are calculated for differentE/N and relative mercury concentration? from fundamental cross-section data. The Boltzmann equation is applied considering the elastic and inelastic collisions of electrons with neutrals of the both components. From these distributions and elastic collision cross-section (for He and Hg) drift velocity, diffusion coefficient and mean electron energy are computed. The electron energy losses in elastic and inelastic collisions over the considered region of the parameters are discussed.     

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率. 关键词： 弱电离大气等离子体 碰撞反应过程 电子能量损失     

Relaxation of Plasma Electrons towards Stationary States as Related to Different Initial Energy Distributions and for a Wide Range of the Final Electric Field Strength

Starting from former investigations concerning the collision dominated relaxation of the electron component in weakly ionized inert gas plasma we generalize the results obtained. Also in the present paper we use the same adaquate kinetic equation for the electron energy distribution function. On one side the influence of non-stationary, analytically given initial energy distributions on the relaxation behaviour and on the resulting adjustment time of stationary states was investigated. On the other side the calculation, especially of the adjustment time, was extended to a whole variety of final stationary states ranging from those determined only by energy loss due to elastic collisions to those determined only by exciting collisions. The adjustment time obtained varies by about four orders of magnitude within this wide range of final stationary states.