弱电离大气等离子体电子能量分布函数的理论研究

使用球谐展开的方法求解玻尔兹曼方程,得到了弱电离大气等离子体(79％氮气和21％的氧气)的电子能量分布函数(EEDF).发现当约化电场较小时(E/N＜100 Td),EEDF在2-3 eV急剧下降,在此情况下,高能尾部比麦氏分布要小;当约化电场增加,E/N＞ 400 Td,分布函数趋近于麦氏分布;当约化电场进一步增加,E/N＞ 2000 Td,EEDF的高能尾部(超过200 eV)相对于麦氏分布增加,在高频场作用下,EEDF更倾向于麦氏分布.当ω》vm时,有效电子温度只依赖于E/ω,而与碰撞频率无关;当ω《vm时,有效电子温度只依赖于E/N,与微波频率无关.与一些单原子分子等离子体中电子-电子碰撞在电离度大于10-6时就会影响EEDF不同,空气等离子体中,只有当电离度大于0.1％时,电子-电子碰撞才会对EEDF有明显影响.     

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     

基于OFI椭圆偏振光场等离子体中电离电子能量分布的研究

在准静态隧道电离理论模型和准经典阈上电离理论模型的基础上,建立了一个描述基于光场感生电离的椭圆偏振光场电离电子能量分布的简单模型,推导出了既易于理解又相对简单适用的描述椭圆偏振光场的电子能量分布函数解析表达式.利用此式数值计算了不同偏振参量下的椭圆偏振光场中类钯氙系统的电子能量分布曲线,计算结果表明在相同的激光功率密度下,偏振参量对基于OFI电子碰撞机制的X射线辐射强度是有影响的,并与报道的实验结果一致 关键词： 椭圆偏振光场 电子能量分布 类钯氙系统 电子碰撞机制     

Determination of electron temperature based on a semicoronal model in Hall accelerator plasma flows

We present the results of a spectroscopic study of a nonequilibrium plasma in a Hall accelerator, in particular for such an important parameter as the electron temperature. For the studied conditions, we used the semicoronal equilibrium model, which relates the intensity ratios for two successive ionization steps for the same element. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 74, No. 1, pp. 93–96, January–February, 2007.     

飞秒激光-等离子体相互作用中快电子能量分布

采用不同量程的电子谱仪与LiF热释光探测器相配合,测量了飞秒激光 等离子体相互作用中产生的快电子能量分布。结果显示快电子能量分布的一致性和多个重要特征与国外同类实验和计算机模拟结果相似。快电子能谱在低能处产生凹陷是由于冷电子的回流产生的;几种加速机制共同作用是能谱在100~350 keV范围内出现平台的原因;快电子的有效温度较好地满足共振吸收的温度定标律是由于反射激光加速与共振吸收机制均是通过朗道阻尼或波破对电子进行加速的。     

Analysis of electron energy distribution function in a magnetically filtered complex plasma

The electron energy distribution function (EEDF) for a magnetically filtered dusty plasma is studied in a dusty double plasma device where the electron energy can be varied from 0.15 eV to ～ 2.8 eV and plasma density from 10 6 cm-3 to 10 9cm-3 . The characteristics of EEDF for these ranges of plasma parameters are investigated in a pristine plasma as well as in a dusty plasma. The results show that in the presence of dust, there is a drastic modification in EEDF patterns in a plasma with higher electron temperature and density than those in a low temperature and low density plasma produced by the magnetic filter.     

甚高频激发容性耦合氩等离子体的电子能量分布函数的演变

甚高频激发的容性耦合等离子体由于离子通量和能量的相对独立可控而受到人们的关注. 本文采用朗缪尔探针诊断技术测量了40.68 MHz激发的容性耦合Ar等离子体的特性(如电子能量概率分布、电子温度和密度等)随宏观参量的演变情况. 实验结果表明, 电子能量概率分布随着气压的增加从双麦克斯韦分布逐步转变为单麦克斯韦分布并最终演变为Druyvesteyn分布, 而射频激发功率的增加促进了低能电子布居数的增强; 在从等离子体放电中心移向边界的过程中, 低能电子的布居数显著下降, 而高能电子的布居则有所上升; 放电极板间距的变化直接导致了等离子体中电子加热模式的转变. 另外, 我们也对等离子体中的高低能电子密度和温度的分配情况进行了讨论.     

Monte Carlo方法研究低能电子束曝光沉积能分布规律

建立一个描述低能电子在多元多层介质中散射的物理模型,运用MonteCarlo方法模拟低能电子在靶体胶衬底中的复杂散射过程,在此基础上通过大量计算研究入射束能、胶层厚度、衬底材料等不同曝光条件对抗蚀剂沉积能密度分布的影响,获得沉积能分布规律:适量的低束能、薄胶层、低原子序数衬底可以使前散射电子对胶中沉积能密度分布的贡献增大、背散射电子的贡献减小,从而提高曝光分辨率. 关键词： 电子束曝光 MonteCarlo方法 低能电子散射 能量沉积     

利用介质阻挡探针法测量大气压氦等离子体射流电子密度

分别利用电子的漂移速度和等离子体的传播速度计算了大气压下氦等离子体射流的电子密度。     

Ion energy distribution in a radio frequency sheath of plasma with Kappa electron velocity distribution

A hybrid model consisting of a one-dimensional radio frequency sheath model and an equivalent circuit model is used to investigate the effect of the non-Maxwellian plasma with enhanced electron tails on ion energy distribution (IED) at the plasma–wall interface. With the assumption that electrons obey the Kappa distribution in which the parameter κ characterizes the deviation from Maxwellian distribution, the bimodal shape of the IED can always be found with the decrease of κ under the condition of current experimental advanced superconducting tokamak (EAST) discharges during the ion cyclotron range of frequency wave heating. However, the height of the low-energy peak of the IED decreases, while the high-energy peak does not change significantly. In addition, the IED shifts towards the higher-energy regime, and the width of the IED expands with the decrease of κ . It is also shown that frequency and amplitude of the disturbance current, bulk plasma density, and ion temperature are the crucial parameters for determining the shape of IED even in the presence of super-thermal electrons.     

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.     

电子能量对收集极中电子束能量沉积的影响

理论分析了收集极中运动电子的失能机制和电子能量对电子束能量沉积的影响, 用蒙特卡罗方法计算了不同能量下入射电子的能量沉积分布, 分析了电子能量对电子束在收集极中能量沉积的影响, 并据此提出了提高收集极耐电子束轰击能力的两种途径。结果表明：激发和电离是收集极中入射电子的主要失能机制;电子的能量越高, 在材料中的穿透能力越强, 收集极中被收集电子束的最大能量沉积密度越低。综合考虑束流密度分布对能量沉积的影响, 可通过两种途径来提高收集极耐电子束轰击的能力：一是通过结构设计增大电子束的收集面积, 减小收集极上被收集电子束的束流密度;二是设计高阻抗器件, 增大被收集电子束的电子能量, 减小收集极上被收集电子束的束流密度。     

Floating double probe in non‐Maxwellian plasmas: Determination of the electron density and mean electron energy

A theoretical study of the floating double probe based on the Druyvesteyn theory is developed in the case of non‐Maxwellian electron energy distribution functions (EEDFs). It is used to calculate the EEDF in the electron energy range larger than –e(V_f ? V_p) from the I–V double probe characteristics. V_f and V_p are the floating and plasma potential, respectively. The analytical distribution function corresponding to the best fit of EEDF in the energy range larger than e(V_f ? V_p) allows the determination of the total electron density (n_e) and the mean electron energy (<?_e>). The method is detailed and tested in the case of a theoretical Maxwell–Boltzmann distribution function. It is applied for experiments that are performed in expanding microwave plasmas sustained in argon. Analytical EEDFs determined by this method are compared with those measured by means of single probes under the same experimental conditions. A good agreement is observed between single and double probe measurements. Results obtained under different experimental conditions are used to define the best conditions to obtain reliable results by means of the double probe technique.     

超热电子能量分布的实验和模拟研究

采用LiF探测器堆测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产生的剂量。根据电子在LiF中的质量碰撞阻止本领,理论上计算出了超热电子的能量分布;在相同实验条件下,数值模拟结果与实验测量结果较好地一致,证明了实验测量的可靠性。理论分析显示,共振吸收是激光-薄膜靶相互作用中电子加速的主要机制。     

针一板介质阻挡放电中电子能量空间分布研究

测量了大气压环境下氩气空心针-板放电等离子体中原子与分子谱线强度的空间分布,分析了等离子体中电子能量的空间分布.实验利用空心针-板放电装置,得到了约3 cm长的放电等离子体弧.在300～800 nm范围内采集发射光谱,发现了强度较高的Ar I谱线、N2第二正带系谱线C 3Ⅱu(v=o)→B 3皿(v=0)以及强度较弱的...     

高能电子辐照对束测量系统的影响

在直线感应加速器束参数测量系统实验的基础上,给出了束参数测量系统的实验布局和特点,分析高能电子辐照对直线感应加速器中测量系统电子器件介电性能的影响和变化规律;进一步探讨电子器件介电性能受高能电子辐照后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况,主要通过采用光纤传输控制信号的措施,能很好地传输窄脉冲,信号延时抖动小,达到了高速信号的可靠传输要求,利用紧凑嵌入式方法,提高了抗电磁干扰的能力,这样可以更好保护束参数测量电子器件。     

高能电子辐照对束测量系统的影响

在直线感应加速器束参数测量系统实验的基础上,给出了束参数测量系统的实验布局和特点,分析高能电子辐照对直线感应加速器中测量系统电子器件介电性能的影响和变化规律;进一步探讨电子器件介电性能受高能电子辐照后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况,主要通过采用光纤传输控制信号的措施,能很好地传输窄脉冲,信号延时抖动小,达到了高速信号的可靠传输要求,利用紧凑嵌入式方法,提高了抗电磁干扰的能力,这样可以更好保护束参数测量电子器件。     

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。     

强流二极管阳极电子束时域能量沉积特性模拟

以强流脉冲电子束为研究对象,提出了一种基于离散时间、限定靶面位置,通过测量靶面不同时刻入射角分布,利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r, z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值,分析了(0, 0°),(25 mm, 135°),(36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性,结果表明：在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下,能量沉积特性与入射角呈现相关性,仿真结果与实验结果符合较好,偏差均小于10%;距阳极靶心25 mm以外的靶面位置,受束流箍缩影响,入射角分布变化较大;当入射角较小时(小于40°),强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm;当入射角超过40°时,能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右;而阳极靶心位置附近,受束流箍缩影响较小,这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。