多峰离子源的三维数值模拟优化与设计

本文理论计算了多峰离子源永磁体, 采用二体碰撞模型处理电子之间的库仑碰撞, 运用空碰撞方法处理电子与氢元素相关粒子碰撞, 开发了全三维粒子模拟-蒙特卡罗模拟算法, 并采用此软件对热门多峰离子源JET-60U的两种优化设计模型进行数值模拟研究, 探索了两种离子源空间分布特性和体积负氢离子产率相关问题, 提出了负氢离子源设计的基本思想: 适当调整离子源多峰磁场分布情况可以输出均匀离子束; 适当调整引出磁场大小和离子源结构, 可以达到离子束空间均匀性和高产率兼顾的效果.     

Japan Atomic Energy Agency 10 Ampere多峰负氢离子源全三维数值诊断

本文研制了全三维粒子模拟/蒙特卡罗碰撞算法, 并采用该算法对国外研究较热的 Japan Atomic Energy Agency 10 Ampere (JAEA 10A) 离子源进行了全方位的数值诊断, 探索了电子能量沉积过程中电子的横向漂移和能量分布规律, 分析了离子源放电的主要物理参数对电子沉积的影响作用. 模拟及分析结果显示: 电子横向漂移 (-Y方向) 来源于过滤区的磁漂移, 增加过滤磁场, 导致磁漂移增大, 横向漂移加剧, 且电子的利用率增大; 提高放电室气压, 电子的碰撞更频繁, 进而加剧横向非均匀性, 也同时提高电子的利用率. 关键词： Japan Atomic Energy Agency 10 Ampere 多峰负氢离子源 全三维粒子模拟/蒙特卡罗碰撞     

镁原子碰撞激发微分截面和Stokes参数的理论研究

基于相对论扭曲波理论方法,并利用新发展的处理极化电子碰撞激发的计算程序REIE06, 系统计算了中性镁原子基态3s^{2 1}S₀到激发态3s3p ¹P₁, 3s4p ¹P₁的电子碰撞激发微分截面和角关联(Stokes)参数,计算过程中系统地考虑了相对论效应、电子关联效应等. 部分计算结果与已有的实验和理论结果进行了比较,得到了较好的一致性.     

γ-LiAlO2上a面ZnO薄膜的光谱特性研究

利用激光脉冲沉积(PLD)技术在(302)γ-LiAlO₂衬底上成功生长了非极性的a面(1120)ZnO薄膜，光致发光谱(PL)带边发射峰半峰宽仅为115meV.研究了非极性ZnO薄膜光谱特性的面内各向异性，发现随着入射光偏振方向改变，在偏振透射光谱上，吸收边移动了20meV，这与A、B激子和C激子的能量差一致；而在拉曼光谱上，激发光偏振方向的改变导致E₂模式的强度发生明显改变.     

15～20 mA多峰负氢离子源全三维数值模拟

对自主开发的全三维粒子模拟/蒙特卡罗(PIC/MCC)算法进行了阐述,包括算法流程设计、碰撞处理机制等。采用该算法对中国原子能科学研究院研制的15~20mA负氢离子源进行数值模拟研究,结果显示:该多峰会切离子源能得到空间分布均匀的离子束,采用优化后的虚拟过滤场,不仅能有效过滤高能电子,还将导致离子源下游区域低能电子增多,有效提高负氢离子体积产生效率。     

栅漏间表面外延层对4H-SiC功率MESFET击穿 特性的改善机理与结构优化

本文提出了一种带栅漏间表面p型外延层的新型MESFET结构并整合了能精确描述4H-SiC MESFET工作机理的数值模型,模型综合考虑了高场载流子饱和、雪崩碰撞离化以及电场调制等效应. 利用所建模型分析了表面外延层对器件沟道表面电场分布的改善作用,并采用突变结近似法对p型外延层参数与器件输出电流(I_ds)和击穿电压(V_B)的关系进行了研究.结果表明,通过在常规MESFET漏端处引入新的电场峰来降低栅极边缘的强电场峰并在栅漏之间的沟道表面引入p-n结内建电场进一步降低电场峰值,改善了表面电场沿电流方向的分布.通过与常规结构以及场板结构SiC MESFET的特性对比表明,本文提出的结构可以明显改善SiC MESFET的功率特性.此外,针对文中给定的器件结构,获得了优化的设计方案,选择p型外延层厚度为0.12 μupm,掺杂浓度为5× 10¹⁵ cm^-3,可使器件的V_B提高33%而保持I_ds基本不变.     

蒙特卡罗碰撞算法在CHIPIC软件中的数值实现

分析离子源中电子所参与的碰撞,利用电子与其它粒子间的空碰撞模型,研究电子之间的库仑碰撞,采用不同的存储和调用机制研制了两种碰撞模型的蒙特卡罗碰撞处理模块,将数值模块添加到粒子模拟软件CHIPIC中,对离子源JAERI 10A进行模拟验证,通过对模拟结果的分析,表明所设计的三维MCC算法正确.     

添加Dy在快淬NdFeB永磁体中的作用

在之前研究Nb元素的添加对快淬(Nd,Dy)_11.5Fe_82.4-mNb_mB_6.1永磁体磁性能、温度特性及显微组织影响的基础上，进一步研究了Dy元素在Nd_11.5-nDy_nFe_81.4Nb₁B_6.1 (n＝0,0.5,1,1.5,2)永磁体中     

N24B24分子结的电子传输

利用GW近似和非平衡格林函数结合的方法 研究了耦合到两个金属触点的N₂₄B₂₄分子的电子传输性. 计算结果表明,在单个和多个原子触点的态密度曲线上分别出现四个和三个谐振隧峰. 在I-V特性曲线上出现断路状态和微分负阻效应. 对于一、四、六、八原子的触点在电压分别在 ∓4.5、∓4、∓4.6、∓4.3 V表现出微分负阻效应行为. I-V特性在以低电压断开状态,呈独立的触点类型. I-V曲线取决于触点类型,并且表明N₂₄B₂₄分子呈现半导体的特性.     

含特异材料光子晶体隧穿模的偏振特性

构造了由普通材料A(SiO₂)和电单负材料B组成的(AB)^N(BA)^N型一维光子晶体.数值计算表明原禁带的1907.3 nm处出现了一个十分尖锐的隧穿模. 入射角增加,该隧穿模的透射率和半峰全宽度均保持不变,但位置发生蓝移, 入射角在15°-65°的区间内,移动率的绝对值 |dλ/dθ| 较大.当B介质的磁导率μ_B 从5增加到10时,只是隧穿模的位置发生了红移. 介质的几何厚度增加时,隧穿模的透射率不变,但其位置红移明显,半峰全宽略有增加.     

Generation of cold electrons in the downstream region of a microwave plasma source with near boundary resonances for production of negative ions

A microwave driven multicusp plasma based volume negative ion source equipped with a magnetic filter is developed. Instead of employing any electrodes or current carrying filaments, microwaves of frequency 2.45 GHz is used to generate plasma by resonance heating mechanisms namely the electron cyclotron resonance (ECR) and upper hybrid resonances (UHR), occurring near the boundary plasma layers. The principal process of negative ion production in hydrogen is dissociative attachment of low energy (0.5–1.0 eV) electrons to vibrationally excited neutral molecules generated from high energy (15–20 eV) electron impact. The source therefore necessitates two distinct spatial regions (a) production and (b) attachment chambers; which would contain electrons with optimum cross section for the aforementioned processes. A biased grid after the magnetic filter further helps to lower down the electron temperature to ≤1 eV which is favorable for the dissociative attachment process.     

Three-dimensional PIC/MCC simulation of electron deposition in JAEA 10 A ion sources

A systematic research on the electron deposition process in the JAEA 10 A ion source is carried out by using a particle-in-cell/Monte Carlo collision simulation, which is based on a full three-dimensional self-developed code. Two parts are studied. One is the space and energy distribution of fast and slow electrons, the other is the vibration excitation collisions between electrons and hydrogen moleculars. The results show that the inhomogeneity of electrons comes from the Y direction drift of the fast electrons(Te 25 eV) due to the action of the magnetic fields. This drift also increases the number of vibration excitation collisions in the-Y direction, and results in the increase of Hain the-Y direction,eventually leading to the-Y drift of H-. It explains the spatial non-uniformity in the JAEA 10 A ion source.     

磁场下空心阴极氦放电过程中电子运动的计算机模拟

通过Monte Carlo方法，模拟了磁场下矩形空心阴极放电中电子的运动及其产生非弹性碰撞情况，得到了终止条件下电子的能量分布、空间分布和离子的空间分布.磁场的引入改变了电子的行程和产生各种非弹性碰撞的次数与位置，影响了整个放电过程.电子的各种参数分布的差异，正是由少数非弹性碰撞决定的.通过模拟得到，选择恰当的磁场强度，可以获得高的电离度，适当的离子分布和电子分布.这对于更有效地利用空心阴极的优点，发展离子型激光器，可能具有一定意义. 关键词：     

15~20 mA多峰负氢离子源全三维数值模拟

对自主开发的全三维粒子模拟/蒙特卡罗（PIC/MCC）算法进行了阐述,包括算法流程设计、碰撞处理机制等。采用该算法对中国原子能科学研究院研制的15~20 mA负氢离子源进行数值模拟研究,结果显示：该多峰会切离子源能得到空间分布均匀的离子束,采用优化后的虚拟过滤场,不仅能有效过滤高能电子,还将导致离子源下游区域低能电子增多,有效提高负氢离子体积产生效率。     

高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟

针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程,首先建立了理论模型,包括：动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射, 以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程,运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明：真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平,不足以击穿;气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿,是由低能电子（eV量级）数目指数增长到一定程度导致的,形成位置远离介质表面,形成时间为s量级;低气压下的介质沿面闪络击穿,是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下,由于数目持续增长的高能电子（keV量级）碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的,形成位置贴近介质沿面,形成时间在ns量级。     

高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟

针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射, 以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程,运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明:真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平,不足以击穿;气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿,是由低能电子（eV量级）数目指数增长到一定程度导致的,形成位置远离介质表面,形成时间为s量级;低气压下的介质沿面闪络击穿,是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下,由于数目持续增长的高能电子（keV量级）碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的,形成位置贴近介质沿面,形成时间在ns量级。