Hall推力器内饱和鞘层下电子与壁面碰撞频率特性

利用二维粒子模拟方法研究Hall推力器内电子与壁面的碰撞频率.研究发现,饱和鞘层状态下的电子与壁面的碰撞频率较经典鞘层下大大增加,甚至高出经典鞘层状态下电子与壁面碰撞频率两个数量级,这样饱和鞘层状态下电子与壁面的碰撞频率对近壁电流的贡献将不容忽略.进一步分析造成饱和鞘层状态下电子与壁面碰撞频率增加的原因后认为,饱和鞘层状态下电子与壁面碰撞频率的增加是鞘层电势降过低和壁面发射的二次电子回流造成的. 关键词： 饱和 鞘层 碰撞 频率     

二次电子分布函数对绝缘壁面稳态鞘层特性的影响

由于缺乏详细的理论计算和实验结果,在研究绝缘壁面稳态流体鞘层特性时,通常假设壁面出射的总二次电子服从单能分布(0)、半Maxwellian分布等.在单能电子轰击壁面的详细二次电子发射模型基础上,采用Monte Carlo方法统计发现:当入射电子服从Maxwellian分布时,绝缘壁面发射的总二次电子服从三温Maxwellian分布.进而,采用一维稳态流体鞘层模型进行对比研究,结果表明:二次电子分布函数对鞘边离子能量、壁面电势、电势及电子/离子密度分布等均具有明显影响;总二次电子服从三温Maxwellian分布时,临界空间电荷饱和鞘层无解,表明随着壁面总二次电子发射系数的增加,鞘层直接从经典鞘层结构过渡到反鞘层结构.     

电子温度对霍尔推进器等离子体鞘层特性的影响

采用二维粒子模拟方法研究了霍尔推进器通道中电子温度对等离子体鞘层特性的影响, 讨论了不同电子温度下电子数密度、鞘层电势、电场及二次电子发射系数的变化规律. 结果表明: 当电子温度较低时, 鞘层中电子数密度沿径向方向呈指数下降, 在近壁处达到最小值, 鞘层电势降和电场径向分量变化均较大, 壁面电势维持一稳定值不变, 鞘层稳定性好; 当电子温度较高时, 鞘层区内与鞘层边界处电子数密度基本相等, 而在近壁面窄区域内迅速增加, 壁面处达到最大值, 鞘层电势变化缓慢, 电势降和电场径向分量变化均较小, 壁面电势近似维持等幅振荡, 鞘层稳定性降低; 电子温度对电场轴向分量影响较小; 随电子温度的增大, 壁面二次电子发射系数先增大后减少. 关键词： 霍尔推进器 等离子体鞘层 电子温度 粒子模拟     

霍尔推进器壁面材料二次电子发射及鞘层特性

霍尔推进器放电通道等离子体与壁面相互作用形成鞘层,不同壁面材料的二次电子发射对推进器鞘层特性具有重要影响,本文针对推进器壁面鞘层区域建立二维物理模型,研究了氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)和三氧化二铝(Al_2O_3)三种不同壁面材料的二次电子发射特性,在改进SiC材料二次电子发射模型的基础上,采用粒子模拟方法,讨论了壁面二次电子发射系数与电子温度和磁场强度的关系,研究了三种材料(BN,SiC和Al_2O_3)的鞘层特性,结果表明:修正的二次电子发射模型拟合曲线与实验曲线几乎一致;在相同电子温度下,三种材料(BN,SiC和Al_2O_3)的二次电子发射系数和壁面电子数密度依次增大,而鞘层电场和鞘层电势降依次减小,BN材料具有合适的二次电子发生射系数,使得霍尔推进器能在低电流下稳态工作。     

壁面二次电子发射对霍尔推力器放电通道绝缘壁面双鞘特性的影响

为进一步揭示霍尔推力器放电通道绝缘壁面鞘层的特性, 利用考虑了壁面二次电子分布函数的一维稳态流体鞘层模型, 研究了壁面二次电子发射对近壁双鞘特性的影响. 分析结果表明, 由于壁面发射的二次电子对近壁鞘层中的电子密度有增加作用, 存在一个临界二次电子发射系数σ_dc使得: 当σ≤σ_dc时, 鞘层为单层的正离子鞘结构; 当σ>σ_dc时, 鞘层表现为双层的正离子鞘和电子鞘相连结构, 连接点对应于垂直于壁面方向上电势分布的拐点. 然而, 当σ进一步增大到0.999时, 鞘层转变为三层的正离子鞘-电子鞘-正离子鞘交替结构. 数值结果表明: 随着σ的增加, 电子鞘与离子鞘的连接点向远离壁面的方向移动, 电子鞘的厚度逐渐增加; 随着壁面出射电子能量系数a的增加, 近壁区鞘层的厚度也逐渐增加. 关键词： 霍尔推力器 双鞘 壁面二次电子发射     

电子温度各向异性对霍尔推力器BN绝缘壁面鞘层特性的影响

建立多价态多组分等离子体一维流体鞘层模型,引入电子温度各向异性系数并考虑出射电子速度分布,研究了电子温度各向异性对霍尔推力器中的BN绝缘壁面鞘层特性和近壁电子流的影响.分析结果表明,相比于纯一价氙等离子体鞘层参数,推力器中的多价态氙等离子体鞘层电势降略有降低,电子壁面损失增加,临界二次电子发射系数减小.推力器中的电子温度各向异性现象可以显著地加大出射电子能量系数,进而降低鞘层电势降,增强电子壁面相互作用.数值结果表明,空间电荷饱和机制下电子温度各向异性对鞘层空间电势分布影响显著. 关键词： 霍尔推力器 电子温度各向异性 空间电荷饱和鞘层     

电子的非广延分布对等离子体鞘层中二次电子发射的影响

采用一维流体模型研究了非广延分布电子对等离子体鞘层中二次电子发射的影响.通过数值模拟,研究了非广延分布电子对考虑二次电子发射的等离子体鞘层玻姆判据、器壁电势、器壁二次电子临界发射系数以及等离子体鞘层中二次电子密度分布的影响.研究结果发现,当电子分布偏离麦克斯韦分布(q=1,广延分布)时,非广延参量q的改变对器壁二次电子发射有着重要的影响.不论电子分布处于超广延(q 1),还是处于亚广延状态(q 1),随着非广延参量q的增加,都会出现鞘边临界马赫数跟着减小,同时对于随着二次电子发射系数的增加,临界马赫数跟着增加.器壁电势随着参量q的增加而增加.器壁二次电子临界发射系数则随着非广延参量的增加而减小,并且等离子体中所含的离子种类质量数越大,非广延参量的变化对器壁二次电子临界发射系数的值影响越小.此外,随着非广延参量的增加,鞘层厚度减小,鞘层中二次电子数密度增加.通过对数值模拟结果分析,发现电子分布处于超广延分布状态对等离子体鞘层中二次电子发射特性的影响要比电子处于亚广延分布状态要更明显.     

电子温度各向异性对霍尔推力器中等离子体与壁面相互作用的影响

为进一步揭示霍尔推力器放电通道饱和电子温度高达50—60 eV的原因,利用二维粒子模拟方法研究了霍尔推力器中电子温度各向异性对等离子体与壁面相互作用的影响,统计了等离子体与壁面相互作用的重要物理量,如电子与壁面的碰撞频率、通道电子在壁面的能量沉积及二次电子对通道电子的冷却.结果表明,当电子温度较低时,电子温度各向异性对等离子体与壁面相互作用的影响较小;当电子温度大于24 eV时,等离子体与壁面相互作用明显增强,并且电子温度各向异性会显著地降低电子与壁面的碰撞频率,减小电子在壁面的能量沉积,减弱鞘层对通道电子的冷却效应.电子温度的各向异性通过减弱通道电子与壁面的相互作用,有利于提高霍尔推力器放电通道的饱和电子温度.     

霍尔推进器中磁化二次电子对鞘层特性的影响

为进一步研究霍尔推进器壁面二次电子发射对推进器性能的影响,采用流体模型数值模拟了二次电子磁化效应的等离子体鞘层特性.得到二次电子磁化鞘层的玻姆判据.讨论了不同的磁场强度和方向、二次电子发射系数以及不同种类等离子体推进器的鞘层结构.结果表明:随器壁二次电子发射系数的增大,鞘层中粒子密度增加,器壁电势升高,鞘层厚度减小;鞘层电势及粒子密度随着磁场强度和方位角的增加而增加;而对于不同种类的等离子体,壁面电势和鞘层厚度也不同.这为霍尔推进器的磁安特性实验提供了理论解释. 关键词： 霍尔推进器 磁鞘 二次电子     

二次电子发射和负离子存在时的鞘层结构特性

 建立了包括电子、离子、器壁发射二次电子以及负离子多种成分的等离子体无碰撞鞘层的基本模型,讨论了二次电子发射和负离子对1维稳态等离子体鞘层结构的影响,并且分析了多种成分等离子体鞘层内的二次电子和负离子的相互作用。结果表明：二次电子发射系数的增加和负离子含量的增加,都将导致鞘层的厚度有所减小;二次电子发射系数超过临界发射系数之后,鞘层不再是离子鞘。随着器壁材料二次电子发射系数的增加,鞘层中的负离子密度分布也逐渐增加;负离子的增加,导致二次电子临界发射系数有所增加。另外,在等离子体鞘层中二次电子发射和负离子的存在,也影响着鞘层中电子的放电特性与器壁材料的腐蚀。     

Near-wall conductivity effect under a space-charge-saturated sheath in the Hall thruster

In this paper, we adopt the modified Morozov secondary electron emission model to investigate the influence of the characteristic of a space-charge-saturated sheath near the insulated wall of the Hall thruster on the near-wall conductivity, by the method of two-dimensional (2D) particle simulation (2D+3V). The results show that due to the sharp increase of collision frequency between the electrons and the wall under the space-charge-saturated sheath, the near-wall transport current under this sheath is remarkably higher than that under a classical sheath, and equals the near-wall transport current under a spatially oscillating sheath in order of magnitude. However, the transport currents under a space-charge-saturated sheath and a spatially oscillating sheath are different in mechanism, causing different current density distributions under the above two sheaths, and a great influence of channel width on the near-wall transport current under a space-charge-saturated sheath.     

氨基酸-BrO-3-Mn2+-H2SO4-丙酮振荡体系的非线性动力学及热力学研究

通过所获得的4种氨基酸(丙氨酸Ala,甘氨酸Gly,丝氨酸Ser及酪氨酸Tyr)在氨基酸-KBrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮振荡体系的动力学参数(诱导期及周期的速率常数Kin、kp及表观活化能Ein、Ep)及Oregonator模型和不可逆过程热力学理论,获得了该振荡体系的热力学函数(△Hin,△Gin,Sin及...     

Analytical solution for capacitive RF sheath

A self-consistent solution for the dynamics of a high voltage, capacitive radio frequency (RF) sheath driven by a sinusoidal current source is obtained under the assumptions of time-independent, collisionless ion motion and inertialess electrons. Expressions are obtained for the time-average ion and electron densities, electric field and potential within the sheath. The nonlinear oscillation motion of the electron sheath boundary and the nonlinear oscillating sheath voltage are also obtained. The effective sheath capacitance and conductance are also determined. It was found that: (1) the ion-sheath thickness S _m is √50/27 larger than a Child's law sheath for the DC voltage and ion current density; (2) the sheath capacitance per unit area for the fundamental voltage harmonic is 2.452 ϵ₀ /S_m, where ϵ₀ is the free space permittivity; (3) the ratio of the DC to peak value of the oscillating voltage is 54/125; (4) the second and third voltage harmonics are, respectively, 12.3 and 4.2% of the fundamental; and (5) the conductance per unit area for stochastic heating by the oscillating sheath is 2.98 (λ_D/S_m)^2/3 (e ²n₀/mu_e), where n ₀ is the ion density, λ_D is the Debye length at the plasma-sheath edge, and u_e is the mean electron speed     

Comparison of the directional characteristics of swift ion excitation for two small biomolecules: glycine and alanine

The characteristics of ions that enter the plasma sheath with an oblique incident angle have been investigated in the presence of an external magnetic field. The ion dynamics in a collisional and collisionless magnetized plasma sheath have been numerically calculated by using a fluid model. Several values for the ion velocity at the sheath edge, orientation and strength of the magnetic field and the ion-neutral collision frequency have been considered. The results show that in a collisionless magnetized plasma sheath, the behaviour of ions that obliquely enter the sheath with some specific velocities at the sheath edge and at some specific orientations and strengths of magnetic field, is more complicated than that of ions with normal entrance angles. For the oblique entrance of ions, the weak magnetic fields cause some fluctuations in ion velocity around its boundary value, i.e. the ion velocity does not accelerate. However, the numerical calculations show that the ion dynamics in a collisional magnetized plasma sheath are the same for both normal and inclined entrance of ions into the sheath.     

The effects of ion-neutral collision frequency on the plasma sheath dynamics for oblique entrance of ions into the sheath

Recently it has been shown that the magnetic field has significant effects on the characteristics of ions which enter the collisionless plasma sheath with an oblique incidence angle. Here, we have investigated these effects in collisional plasma sheath. Considering the ion-neutral collision, the basic equations of fluid model in a plasma sheath have been numerically solved in the presence of an external magnetic field where the ion collision frequency has a power law dependency to the ion flow velocity. The results show that the effects of magnetic field on the plasma sheath dynamics strongly depend on the ion-neutral collision frequency and its dependency to ion flow velocity.     

Rb-He光学碰撞中精细结构分支比的测量

脉冲激光激发Rb＋He混合系统, 激光频率（ν）调离Rb（5Ｓ1/2）→Rb（5PJ）共振频率（νres）Δ（Δ＝ν-νres）。研究了光学碰撞Rb（5S1/2）＋He＋hν→Rb（5PJ）＋He转移过程。激光激发RbHe分子态。RbHe激发态解离到5P1/2或5P3/2态,其布居数密度分别为n1和n2,定义分支比为n1/n2。为得到分支比,在-180 cm-1＜Δ＜200 cm-1范围内测量了I（D1）（5P1/2→5S1/2）与I（D2）（5P3/2→5S1/2）的相对时间积分强度比R,解速率方程组,得到一个与气压成线性关系的直线方程,从该直线的截距及斜率得到5P1/2→5P3/2的碰撞转移截面及分支比, 在D2线蓝翼,分支比随失谐量Δ的增加而增加到0.2。在D1线红翼分支比近似为40而与失谐量无关。从翼激发测量得的精细结构碰撞转移截面为（1.1±0.3）×10-17 cm2, 与从共振激发得到的截面值是一致的。测量结果表明, 原子相互作用势和非绝热效应在分子解离动力学中起关键作用。     

Enhancement of electron–ion recombination rates at low energy range in the heavy ion storage ring CSRm

Recombination of Ar¹⁴⁺, Ar¹⁵⁺, Ca¹⁶⁺, and Ni¹⁹⁺ ions with electrons has been investigated at low energy range based on the merged-beam method at the main cooler storage ring CSRm in the Institute of Modern Physics, Lanzhou,China. For each ion, the absolute recombination rate coefficients have been measured with electron–ion collision energies from 0 meV to 1000 meV which include the radiative recombination(RR) and also dielectronic recombination(DR)processes. In order to interpret the measured results, RR cross sections were obtained from a modified version of the semiclassical Bethe and Salpeter formula for hydrogenic ions. DR cross sections were calculated by a relativistic configuration interaction method using the flexible atomic code(FAC) and AUTOSTRUCTURE code in this energy range. The calculated RR + DR rate coefficients show a good agreement with the measured value at the collision energy above 100 meV.However, large discrepancies have been found at low energy range especially below 10 meV, and the experimental results show a strong enhancement relative to the theoretical RR rate coefficients. For the electron–ion collision energy below 1 meV, it was found that the experimentally observed recombination rates are higher than the theoretically predicted and fitted rates by a factor of 1.5 to 3.9. The strong dependence of RR rate coefficient enhancement on the charge state of the ions has been found with the scaling rule of q^3.0, reproducing the low-energy recombination enhancement effects found in other previous experiments.     

He原子与HI分子碰撞截面的密耦计算

基于发展的分子间相互作用势, 采用密耦方法计算了入射能量从1到140?meV范围内He原子与HI分子碰撞的微分截面、分波截面和积分截面.通过与He-HX（X=F,Cl,Br）体系分波截面的比较, 印证了He-HI体系相互作用势以及密耦计算结果的可靠性.结果表明：小角散射的概率大于大角散射的概率;碰撞能量越高,散射概率就越小, 尾部效应也越弱.总积分截面主要来自弹性碰撞的贡献;非弹性积分截面以00→01和00→02跃迁的贡献为主,其中00→02跃迁的贡献最大. 关键词： 碰撞截面 密耦计算 HI-He体系