潘宁型放电等离子体的发射光谱分析

重新设计了潘宁型等离子体源实验装置,在低气压下得到了稳定的等离子体.分析了等离子体的发射光谱,得到了等离子体光谱强度与放电气压和放电电压之间的关系,并且对氮气的发射光谱进行了分析.     

潘宁源放电的全三维电磁粒子模拟/蒙特卡罗碰撞数值算法研究

深入研究潘宁放电的物理机制, 研制了全三维高品质算法粒子模拟软件(PIC), 设计并添加了相应物理情景的蒙特卡罗碰撞模块(MCC), 并对电子、氢分子离子(H₂⁺)、氢正离子(H⁺)、氢三正离子(H₃⁺)同时进行了跟踪, 成功研制了全三维电磁PIC/MCC数值算法. 结合国内研究较热的潘宁放电模型, 对该算法进行模拟验证. 模拟结果显示: 采用有效的滤波算法能抑制电磁数值噪声, 电子能量呈麦克斯韦分布, 由于电子的径向漂移和加速导致离子源顶端H₂⁺产量较大. 关键词： 潘宁离子源 高品质算法 粒子模拟/蒙特卡罗     

微波阶梯阻抗变换器低气压电晕放电粒子模拟

采用3维粒子软件VORPAL对微波阶梯阻抗变换器中的低气压电晕放电过程进行了粒子模拟,获得了放电过程中带电粒子实空间分布的时间演变图像,分析并解释了其中低气压电晕放电机理和微放机理之间的关系.模拟结果表明:低气压电晕放电的阈值电压随着气压的增长呈现先减小后增加的变化趋势;并且随着气压的增长,微放电作用减弱,低气压电晕放电作用增强.通过对银和铜两种器壁材料放电阈值的比较,获得了两种放电机理之间的临界气压.     

氢气放电中的异常粒子

在氢气放电中存在着一种分别带动能和热能的未知粒子。其中，带热能的未知粒子如气体分子具有漂移特性，在获得能量后就成为具有动能的未知粒子，与材料作用可以转换出以1．72keV能量为特征的X射线。这种未知粒子有电中性的和带电的两种，它的穿透能力并不强，30μm铜箔基本可以吸收掉它。为此，做了未知粒子的穿透和漂移实验。     

潘宁阱中电子等离子体稳态的数值模拟

应用粒子模拟方法研究了电子束潘宁阱中的非中性等离子体的稳定状态及其定标关系，数值模拟结果表明，给定电子的初始分布和外场条件后，潘宁阱中可以出现聚心状态的电子等离子体，中心电子密度可达10倍布里渊密度；电子密度分布与理想的I／r^2关系有差别，阱中的电子数越多，差别越大。系统趋于稳定状态的弛豫时间反比于阱中的电子总数而正比于外加电场强度。     

潘宁放电在密封电真空器件真空度测量中的应用

密封电真空器件的可靠性尤其重要,而影响其可靠性的主要因素是真空度。对于具有两个电极的密封电真空器件由于无法利用其自身的电极结构直接测定其真空度,因此需要研究并建立一种合适的真空度测量方法。分析了利用潘宁放电来测量两个电极的密封电真空器件真空度的工作原理,设计了测试实验装置,初步建立了密封电真空器件的潘宁放电模型,给出了有关实验数据。     

潘宁放电在密封电真空器件真空度测量中的应用

 密封电真空器件的可靠性尤其重要，而影响其可靠性的主要因素是真空度。对于具有两个电极的密封电真空器件由于无法利用其自身的电极结构直接测定其真空度，因此需要研究并建立一种合适的真空度测量方法。分析了利用潘宁放电来测量两个电极的密封电真空器件真空度的工作原理，设计了测试实验装置，初步建立了密封电真空器件的潘宁放电模型，给出了有关实验数据。     

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     

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     

Theoretical study of molecular hydrogen and spiltover hydrogen storage on two-dimensional covalent-organic frameworks

Molecular hydrogen and spiltover hydrogen storages on five two-dimensional （2D） covalent-organic frameworks （COFs） （PPy-COF, TP-COF, BTP-COF, COF-18 A, and HHTP-DPB COF） are investigated using the grand canonical Monte Carlo （GCMC） simulations and the density functional theory （DFT）, respectively. The GCMC simulated results show that HHTP-DPB COF has the best performance for hydrogen storage, followed by BTP-COF, TP-COF, COF-18 A, and PPy-COE However, their adsorption amounts at room temperature are all too low to meet the uptake target set by US Department of Energy （US-DOE） and enable practical applications. The effects of pore size, surface area, and isosteric heat of hydrogen on adsorption amount are considered, which indicate that these three factors are all the important factors for determining the H2 adsorption amount. The chemisorptions of spiltover hydrogen atoms on these five COFs represented by the cluster models are investigated using the DFT method. The saturation cluster models are constructed by considering all possible adsorption sites for these cluster models. The average binding energy of a hydrogen atom and the saturation hydrogen storage density are calculated. The large average binding energy indicates that the spillover process may pro- ceed smoothly and reversibly. The saturation hydrogen storage density is much larger than the physisorption uptake of H2 molecules at 298 K and 100 bar （1 bar = 105 Pa）, and is close to or exceeds the 2010 US-DOE target of 6 wt% for hydrogen storage. This suggests that the hydrogen storage capacities of these COFs by spillover may be significantly enhanced. Thus 2D COFs studied in this paper are suitable hydrogen storage media by spillover.     

单壁碳纳米管低温及常温下储氢行为的模拟计算研究

采用巨正则系综蒙特卡罗方法, 通过含有此方法模块的GULP软件, 系统地研究了扶手椅式单壁碳纳米管在低温和常温下的储氢性能, 给出了5种半径的扶手椅管在液氮温度(77 K)和常温(280 K)下的吸附等温线, 同一管径在不同温度不同压强下氢分子在碳纳米管中的分布构型图等. 对77 K和280 K下不同压强不同管径的碳纳米管储氢能力做了较为全面的对比分析, 最后根据模拟计算的结果, 对碳纳米管储氢能力的强化提出了一些建设性意见.     

氩直流辉光放电等离子体中电子运动及能量的模拟

采用自动调节时间步长的蒙特卡罗模拟,对平行板放电系统中的氩气直流辉光放电系统中的等离子体区内电子的运动过程进行了跟踪和抽样。统计结果表明:在我们的实验条件下,等离子体中的电子在电场作用下出现明显的轴向漂移;在40000次抽样中,出现能量为E的电子数目随能量E增大呈下降趋势,场强增大将引起能量分布展宽和电子平均能量增加;即使场强达到15V·cm-1,等离子体激发和电离仍是很少的;场强和气压都能明显改变电子的平均自由程。     

Monte Carlo simulation of hydrogen adsorption on Ni surfaces

In the present paper the adsorption kinetics of the hydrogen molecule on the (111) and (100) surfaces have been studied with the model proposed by Panczyk and the grand canonical Monte Carlo simulation method. The equilibrium adsorption isotherms are calculated at five different temperatures ranging from 314 K to 376 K and compared with the experimental equilibrium adsorption isotherms. The effects of temperature and pressure on coverage are also analyzed.      

Using short pulses to enhance the production rate of vibrationally excited hydrogen molecules in hydrogen discharge

Hydrogen discharges driven by the combined radio-frequency(rf)/short pulse sources are investigated using the particle-in-cell method.The simulation results show that the discharge driven additionally by the short pulse can enhance the electron density and modulate the electron energy to provide a better condition for negative hydrogen ion production than the discharge driven by the rf-only source.     

基于负氢离子源的全三维PIC/MCC模拟算法研究

在分析负氢离子源中等离子体物理机理基础下, 研究并优化粒子模拟算法, 设计高效的粒子存储方法. 研究并运用粒子碰撞蒙特卡罗方法, 考虑等离子体势以及带电粒子间库仑碰撞, 研制了全三维粒子模拟/蒙特卡罗算法(PIC/MCC). 采用磁荷模型, 运用时域有限差分方法计算多峰磁场, 并结合国外负氢离子源JT-60U, 考虑负氢离子源中主要反应, 对全三维PIC/MCC模拟算法模拟验证.     

大气压下多脉冲均匀介质阻挡放电的研究

基于一维流体力学模型，数值计算研究了大气压下氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电的形成原因和性质，分析讨论了所加电压频率、幅值及介质板性质等对多脉冲均匀放电的影响. 模拟结果显示，当放电间隙较小时，由于介质表面积累电荷增加，感应电场增强，在外加电压的每半个周期内，可以形成多个放电脉冲，这些脉冲相应于等时间间隔的分立击穿. 放电间隙越窄，半个周期内形成的脉冲数目越多. 所加电压频率和幅值的变化不仅影响脉冲的幅度，同时也使放电脉冲的数目发生变化，而介质层厚度及介电常数的变化对放电脉冲数目没有明显的影响. 关键词： 大气压均匀放电 介质阻挡放电 数值模拟 等离子体     

氢气分子在沸石中的吸附模拟研究

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟了氢气在沸石中的吸附行为,并采用Dubinin-Astakhov微孔分析方法,分析了沸石结构对储氢量大小的影响,总结了影响储氢量大小的物理因素,该工作有利于指导合理的设计与合成储存材料,为改善材料储氢能力提供了有力的理论支撑. 关键词： 储氢 吸附等温线 巨正则蒙特卡罗     

Numerical study on characteristics of nitrogen discharge at high pressure with induced plasma

Based on the fluid theory of plasma, a model is built to study the characteristics of nitrogen discharge at high pressure with induced argon plasma. In the model, the spices such as electron, N₂⁺, N₄⁺, Ar⁺, and two metastable states (N₂ (A³∑_u⁺), N₂ (a¹∑_u^-)) are taken into account. The model includes particle's continuity equations, electron's energy balance equation, and Poisson equation. The model is solved with a finite difference method. The numerical results are obtained and used to investigate the effect of time taken to add nitrogen gas and initially-induced argon plasma pressure. It is found that lower speeds of adding the nitrogen gas and varying the gas pressure can induce higher plasma density, and inversely lower electron temperature. At high-pressure discharge, the electron density increases when the proportion of nitrogen component is below 40%, while the electron density will keep constant as the nitrogen component further increases. It is also shown that with the increase of initially-induced argon plasma pressure, the density of charged particles increases, and the electron temperature as well as the electric field decrease.     

蒙特卡罗模拟在辉光放电鞘层离子输运研究中的应用

利用蒙特卡罗方法模拟氩气直流辉光放电鞘层内离子的运动过程.模拟基于离子与中性原子的电荷转移和弹性散射两种主要的散射过程，考虑了碰撞截面与能量相关和不相关两种情况，在弹性散射中采用了势场相互作用模型和刚性球碰撞两种模型.通过模拟得到不同气压和不同放电电压下离子入射阴极的能量分布和角度分布，并对几种模型的模拟结果进行了比较和讨论. 关键词： 辉光放电 等离子体鞘层 蒙特卡罗模拟