低能电子在固体表面背散射系数的直接Monte Carlo方法模拟

应用单次碰撞的直接Monte Carlo方法计算能量范围从100 eV~10 keV的电子在固体Al,Si,Au表面的背散射系数,其中低能电子在固体中的弹性散射和非弹性散射截面分别应用Mott散射截面和Born近似下的广义振子强度计算模型得到.通过与压缩历史Monte Carlo方法的模拟计算结果及实验值的比较,结果表明,对于100 eV~10 keV范围的低能区电子,采用直接方法计算得到的电子背散射系数与实验值符合较好,直接方法比压缩历史方法更适合于能量在10 keV以下的电子输运计算.     

Monte Carlo方法模拟低能电子在Al中的散射

基于文献[1]的工作,电子在固体中的弹性散射用Mott微分截面计算;非弹性散射分为单电子激发和等离子激发并由Streitwolf、Gryzinski及Quinn的截面描述.模拟了低能电子在Al块样及薄膜中的散射过程,对不同能量低能电子作用下Al的背散射系统、能谱又透射系数作了计算,结果与实验符合较好.也对背散射电子、低能损背散射电子表面分布作了计算,结果表明低能损背散射电子具有较好的空间分辨率.     

氮等离子体枪中电子输运行为的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟,对氮等离子体枪的两个环形电极间的氮气辉光放电过程中电子的输运过程进行研究.计算在不同平均电场与粒子数密度的比值(E/N)下,电子与氮分子发生不同碰撞的概率、出射电子的平均能量、方向角分布和电子的能量分布.结果表明,电子能量近似服从玻尔兹曼分布.随着E/N的升高,电子平均能量升高,发生激发、离化、电离和离化电离碰撞的概率增大;非均匀分布的电场使分子获得更高的离化率,同时显著增强出射电子的能量.模拟结果为等离子体应用设计提供了参考依据.     

钎锌矿相GaN电子高场输运特性的Monte Carlo 模拟研究

应用全带多粒子Monte Carlo模拟方法,研究了钎锌矿相GaN 材料电子的高场输运特性. 模拟中利用了基于第一性原理总能量赝势方法计算得到的纤锌矿GaN的能带结构数据. 用Cartier的方法,计算碰撞电离散射率. 计算得到了电子平均漂移速度和电子平均能量与电场的关系曲线. 电离系数的分析表明当电场强度大于1 MV/cm时,才会有明显的碰撞电离发生,量子产额的分析表明当电子的能量大于7 eV时,量子产额随能量增加迅速增大. 研究了在0—4 MV/cm电场强度范围内电子在各导带的分布,低场下电子全部位于 关键词： 碰撞电离 高场输运 能带结构 Monte Carlo模拟     

Monte Carlo方法计算低能电子作用下固体背散射电子发射及空间分布

应用Monte Carlo方法,对能量E₀≤5keV低能电子作用下固体Al、Cu、Ag、Au的背散射电子发射及表面空间分布作了计算.模型应用Mott散射截面及修正的Bethe方程分别描述低能电子在固体中的弹性和非弹性散射.计算了背散射电子能量分布、表面空间分布、深度分布和角分布规律及特征,还计算分析了背散射电子角分布与深度分布、表面空间分布及能量分布之间的关系,系统地描述了背散射电子的发射及分布规律.     

电子散射和能量分配方式对电子输运系数的影响

电子输运系数是确保低温等离子体建模准确性的关键因素,通过模拟电子的输运过程可对其数值求解.在模拟电子输运时,电子和中性粒子碰撞后的散射和能量分配方式有多种处理方法.为了研究不同处理方法对电子输运系数的影响,本文基于蒙特卡罗碰撞方法,建立了电子输运系数的计算模型,模拟约化电场10—1000 Td (1 Td=10~(–21) V·m~2)氢原子气中的电子输运过程.计算结果表明,各向同性假设对电子输运系数的影响随电场强度增加而增加,但即使对于较低的约化电场(10 Td),各向异性散射假设下电子的平均能量、通量迁移率和通量扩散系数也分别比各向同性假设下的值高38.34%, 17.38%和119.18%.不同的能量分配方式对中高电场强度下( 200 Td)的电子输运系数影响较为显著.在高电场时,均分法计算得出的电子平均能量、通量迁移率和通量扩散系数均小于零分法对应的值,汤森电离系数则相反. Opal法得出的电子输运系数介于均分法和零分法之间.此外,考虑各向异性散射时,不同能量分配方式对输运系数的影响高于各向同性.本研究表明,在计算电子输运系数时需要考虑各向异性的电子散射,高电场条件下尤其要注意能量分配方式的选择.     

磁场对直流辉光放电阴极鞘层中电子输运过程的影响

采用MonteCarlo模拟方法研究了磁场对直流辉光放电阴极鞘层中电子输运过程的影响.磁场垂直于阴极鞘层中电场的方问.模型中,电子与中性粒子的碰撞过程有三种(弹性碰撞;激发碰撞和电离碰撞).电子的自由飞行步长由电子与中性粒子的碰撞频率来决定.计算了电子的密度分布,电子与中性粒子的非弹性碰撞速率,以及电子能量和电子通量分布等.结果表明,横向磁场能在一定程度上改变直流放电中电子的输运过程.磁场中电子与中性粒于的非弹性碰撞速率被增强,这一结果与实验结果符合较好.     

低能中子在锆中产生的辐照损伤的计算机模拟研究

以GEANT4为基础采用蒙特卡罗方法对能量为1 MeV的中子在锆 材料中的输运过程进行了模拟分析. 首先计算得出: 反冲核的能量主要分布在1 keV和15 keV之间, 中子和靶核发生两次弹性碰撞的平均空间距离为29.47 mm. 由于中子和靶核在发生连续两次弹性碰撞过程中产生的两个反冲核能量较低, 它们的空间距离又比较大, 由此可以推测出: 由初级离位原子产生的后续级联碰撞可以看做是一系列独立的子级联碰撞过程, 同时也计算了中子在靶材的不同深度区域内产生的反冲核数目和平均能量. 其次, 利用蒙卡方法计算得到的结果, 采用分子动力学方法, 分别计算了五种不同能量下的初级离位原子产生的级联碰撞情况, 给出了初级离位原子的能量与其产生的次级离位原子数目之间的关系以 及不同能量下的初级离位原子产生的损伤区域范围等情况, 通过蒙特卡罗方法和分子动力学方法的结合, 给出了能量为1 MeV的中子在锆材料中产生的初级辐照损伤分布图像. 关键词： 辐照损伤 级联碰撞 蒙特卡洛模拟 分子动力学     

类氖氙离子LMn双电子复合模拟谱

在双电子复合过程发生的能量范围内,发射X光子的原子过程除双电子复合过程外还有辐射复合、共振激发、共振复合以及直接激发原子过程. 本文使用相对论组态相互作用方法计算了这些过程的截面,比较了在双电子复合过程发生的能量范围内这些原子过程的截面与双电子复合过程截面,探讨了这些过程对双电子复合过程的影响. 研究结果表明,辐射复合截面随入射电子束能量的增大迅速减小,在双电子复合能量范围内几乎为一常数,可以作为本底来处理;共振激发和共振复合过程对双电子复合过程的影响可以忽略不计;当入射电子束能量高于靶离子的第一激发能时,电子碰撞直接激发截面与高Rydberg态的截面连成一片,随着入射电子束能量的增加,电子碰撞直接激发截面越来越大,这时必须考虑直接激发过程. 使用相对论组态相互作用方法计算了类氖氙离子的双电子复合截面,其结果与已有的部分实验和理论结果很吻合.     

类氖氙离子LMn双电子复合模拟谱

在双电子复合过程发生的能量范围内,发射X光子的原子过程除双电子复合过程外还有辐射复合、共振激发、共振复合以及直接激发原子过程.本文使用相对论组态相互作用方法计算了这些过程的截面,比较了在双电子复合过程发生的能量范围内这些原子过程的截面与双电子复合过程截面,探讨了这些过程对双电子复合过程的影响.研究结果表明,辐射复合截面随入射电子束能量的增大迅速减小,在双电子复合能量范围内几乎为一常数,可以作为本底来处理;共振激发和共振复合过程对双电子复合过程的影响可以忽略不计;当入射电子束能量高于靶离子的第一激发能时,电子碰撞直接激发截面与高Rydberg态的截面连成一片,随着入射电子束能量的增加,电子碰撞直接激发截面越来越大,这时必须考虑直接激发过程.使用相对论组态相互作用方法计算了类氖氙离子的双电子复合截面,其结果与已有的部分实验和理论结果很吻合.     

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     

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.     

Deceleration and acceleration of fast electrons in a dense gas in an electric field

The propagation of electrons in a gas at energies higher than the excitation energy of the K shell of the gas atoms is simulated numerically. Calculations show that, without a field, the penetration depth of the electrons into a gas heavier than nitrogen is limited primarily by their elastic collisions with atomic nuclei. For electrons moving in an electric field, the effect of elastic collisions is that there is no definite electric field strength above which an electron with a given energy will be continuously accelerated. Even in an electric field much stronger than the critical one, only a fraction of electrons are accelerated. The remaining electrons turn back due to elastic collisions and lose their energy in deceleration by the field. In this case, the propagation velocity of the centroid of the electrons tends to a constant value.     

不同气压下介质表面高功率微波击穿的数值模拟

介绍了用于模拟介质表面高功率微波击穿的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法,并采用该方法模拟研究了氩气环境不同气压下的介质表面高功率微波击穿过程,获得了该击穿过程中粒子数量和电子平均能量的时间变化图像,并得到了击穿延迟时间。数值模拟结果发现:在低气压下,次级电子倍增的作用比较明显,但电子数量在次级电子倍增饱和后的增速较低,击穿延迟时间较长;随着气压的升高,次级电子倍增的影响逐渐变小,气体电离逐渐占主导地位,击穿延迟时间逐渐变短;在高气压下,由于介质表面吸收沉积电子而呈负电性,次级电子倍增消失,击穿延迟时间由气体碰撞电离来决定。     

热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究

将最大熵方法(Maximum Entropy,缩写为ME)引入Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)模拟热化学非平衡流动过程中,构造一个计算非平衡条件下化学反应几率和反应碰撞能量分配的最大熵模型.在DSMC-ME的模拟过程中,对分子间的非反应碰撞,采用传统的Larsen-Borgnakke唯象论模型模拟碰撞分子内能的激发与松弛;对分子间反应碰撞,采用最大熵模型模拟分子间的化学反应和能量交换.通过模拟高空高超声速绕圆柱和低密度高焓绕钝头锥体流动,并与DSMC算法和HEG实验结果比较,论证了DSMC-ME算法的有效性.     

ELECTRON TRANSPORT BEHAVIOURS IN THE NITROGEN DIRECT CURRENT GLOW DISCHARGE

A Monte Carlo simulation is presented to describe the electron transport behaviours in the nitrogen direct current glow discharge. The energy and angular distributions of the electrons at different positions of the cathode dark space are calculated; their energy and density distribution features throughout the entire discharge are discussed. The influence of molecular vibrational excitation, typical for electron－molecule collisions, has been studied and the elementary process of active species generation has been illustrated. The simulated results reveal that, in the cathode dark space, the high-energy electrons are mainly forward scattering and behave as a high-energy ‘electron beam'. The sharp increase of the number of secondary electrons plays an important role in producing active species at the interface between the cathode dark space and the negative glow region. The vibrational excitation enhances the energy loss of electrons in the negative glow region.     

Temperature dependence of high field transport in ZnS

High field transport process in ZnS in the temperature range of (10–500) K was simulated by help of Monte Carlo method. The band structure of ZnS is described by analytical fitting of real band structure. Phonon scattering, spatial charge scattering, and impact ionization process are included in the simulation. The phonon scattering rates at different temperatures are calculated and compared. The transient acceleration time of electrons in ZnS is found to be temperature-independent. We attribute this result to the compensation of two opposite factors in ZnS. Average energy of electrons decreases with temperature.     

电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟

对电子回旋共振（ECR）放电电离过程中的电子与微波互作用特性进行了理论分析与数值模拟.采用粒子模拟（PIC）方法描述带电粒子与微波的互作用,采用蒙特卡罗碰撞（MCC）方法描述粒子间碰撞过程及带电粒子与边界的相互作用.编写了准三维的PIC/MCC数值模拟程序,并对放电过程中电子能量与微波场随时间、空间的演化进行了数值诊断. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗方法 电离     

Ta及Nanbu库仑碰撞模型数值对比研究

深入研究库仑碰撞,对两种库仑碰撞模型-Ta模型与Nanbu模型在理论上进行了对比分析,详细阐述了两种模型中散射角大小的区别.在已有的采用Ta模型的全三维粒子模拟/蒙特长罗(PIC/MCC)算法基础上,采用Nanbu模型对电子间库仑碰撞计算模块重新进行了算法设计.分别应用Ta模型、Nanbu模型和无库仑碰撞的全三维PIC/MCC算法对国外热门负氢离子源JAEA 10A中的电子能量沉积进行了模拟分析.模拟结果与实验结果的对比分析发现:1)库仑碰撞使电子能量分布更接近于麦克斯韦分布;2)相对于传统的Ta模型,Nanbu模型的散射角考虑了多体碰撞的累加效果从而具有更高的期望值,按其模拟得到的电子温度具有更高的精度.这些为国内外学者设计相关算法指明了方向.     

Nuclear modification of electron spectra and implications for heavy quark energy loss in Au+Au collisions at [FORMULA: SEE TEXT

The PHENIX experiment has measured midrapidity ([FORMULA: SEE TEXT]) transverse momentum spectra ([FORMULA: SEE TEXT]) of electrons as a function of centrality in Au+Au collisions at [FORMULA: SEE TEXT]. Contributions from photon conversions and from light hadron decays, mainly Dalitz decays of pi0 and eta mesons, were removed. The resulting nonphotonic electron spectra are primarily due to the semileptonic decays of hadrons carrying heavy quarks. Nuclear modification factors were determined by comparison to nonphotonic electrons in p+p collisions. A significant suppression of electrons at high pT is observed in central Au+Au collisions, indicating substantial energy loss of heavy quarks.