微波电子回旋共振等离子体放电特性研究

为了深刻理解微波电子回旋共振(ECR)等离子体的物理机制、瞬态过程以及空间分布特性，首先利用光栅光谱仪对ECR氮等离子体发射光谱进行了研究，然后利用朗缪尔双探针测量了装置反应室内等离子体密度的空间分布，并分析了放电气压对等离子体空间分布的影响，结果表明: ECR氮等离子体中主要发生的是碰撞激发、碰撞电离，碰撞离解等微观过程，且等离子体的主要成分是激发态的 ；受磁场梯度影响的反应室上游区，等离子体分布不均匀，受等离子体密度梯度影响的下游区，等离子体则具有良好的均匀性；对于特定的微波功率(PW=400W)，放电气压存在一个最佳值(p=0.07Pa).     

MEVVA离子源等离子体密度测量

采用静电探针方法测量了ＭＥＶＶＡ离子源中的等离子体，得到了单探针，双探针的特性曲线，等离子体电子温度和等离子体离子密度以及离子密度随离子源轴向的变化和径向分布。其中离子密度随离子源径向的分布近似为高斯分布，还研究了等离子体密度与弧流的关系，并采用加会切磁场的方法试图改善等离子体密度的径向分布的均匀性，得到了一些有益的结果。     

非均匀磁场中电子辐射功率角谱分布

本文在工作的基础上,进一步讨论了非均匀磁场[H_x=H_y=0,H_z=-∈(y),∈(y)-y/|y|(y≠0)]中电子辐射功率的角谱分布。给出了角谱分布公式及其在回旋辐射,同步辐射情况下的近似表式。一个重要的结果是,Ⅱ区电子具有一种类似于多普勒效应的效应,对同步辐射结果有重大影响。     

相对论长脉冲激光在非均匀等离子体中的传播特性

通过解析和数值方法研究了相对论长脉冲激光在非均匀等离子体中的传播.首先,得到了激光脉冲在均匀等离子体中传播的解析解,并通过数值模拟进行了验证.结果表明,长脉冲激光在均匀等离子体中传播时,脉冲宽度的变化不影响激光强度空间分布的变化;然而,激光脉冲的强度和电子密度的空间分布可以通过调制等离子体频率来调节.在具有高斯型密度分布的非均匀等离子体中,随着高斯型密度分布振幅的增大,激光脉冲的强度逐渐增强,激光脉冲的横向分布逐渐呈现出尖锐状分布;在具有反高斯型密度分布的非均匀等离子体中,随着反高斯型密度分布振幅的减小,激光脉冲的强度逐渐减小,激光脉冲呈现横向平台状分布.因此,等离子体的非均匀性对长脉冲激光的传播有着重要的影响.     

漂移波与电子相互作用方程的数值解

给出了在均匀强外磁场中,由存在密度梯度的束电子激起的低频漂移波与等离子体相互作用方程的数值解,根据解出的波变和电子分布函数进一步求出了等离子体湍动物质流和湍动热导率的大小,并给出了特定情形下的具体数值估计。     

绝热放电现象和粒子碰撞对磁化尘埃等离子体中、低频静电波稳定性的影响

考虑到尘埃绝热放电现象、外磁场、碰撞、离子与尘埃温度之比、电子与离子数密度之比以及斜传播等因素对均匀尘埃等离子体中低频静电波的影响，其中包括高能离子和玻耳兹曼分布电子，运用简正模分析法，得出了低频波的色散关系．研究表明，以上诸因素对低频波有很大影响．研究中包括两种不同的低频波模式．在研究斜传播对低频波的影响时，发现当θ=π／2时，第一种模式是稳定的；而第二种模式存在一个稳定区域，即1.3≤θ≤1.7.     

弱磁场中辉光放电等离子体参数诊断

利用静电探针对弱磁场中直流辉光放电等离子体参数进行了诊断,测量了等离子体的密度和温度．结果表明,离子密度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而升高;电子温度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而降低;在磁场中,离子密度随磁场的增强而增大,电子温度随磁场的增加而减小．实验结果与理论计算结果基本趋势相一致．     

波在周期磁化均匀等离子体中的反射

采用分层介质方法处理周期磁化均匀等离子体层,研究了电磁波射向周期磁化等离子体层时电磁波的反射特性,分析了等离子体电子密度,电子碰撞频率以及外加磁场等因素对电磁波反射的影响,得出一定条件下等离子体密度和电子碰撞频率下等离子体对电磁波的反射特性。     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

极区中层电子数密度不均匀特征尺度与尘埃声波波长的估计

基于火箭探测数据的结果及相关理论,给出了极区中层尘埃等离子体电子数密度不均匀特征尺度与尘埃声波波长的量级,对两个量级的比较得出,电子数密度不均匀特征尺度远远大于尘埃声波波长,为采用局域均匀假设建立极区中层尘埃等离子体纵波色散关系奠定了基础．     

前极靴长度对ECRIT影响的数值仿真研究

数值仿真研究电子回旋共振离子推力器放电室的放电过程可以为推力器的优化设计提供指导和帮助,本文基于COMSOL多物理场仿真软件建立了5cm口径ECR推力器放电室的二维轴对称模型。通过磁场实际测量值和仿真结果的对比分析验证了模型的可靠性,并计算发现前极靴长度在7mm和9mm之间存在一个最佳特征值,当小于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率均随极靴长度的增大而增大,而当大于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率则随极靴长度的增大而减小。     

微波ECR等离子体的传播特性研究

过冷等离子体波的色散关系计算分析得到了不同频率区域回旋波的性质，由此得到高、低两种磁场位形下微波ＥＣＲ等离子体的传播特性，并利用回旋阻尼机制对共振区位移作出了解释     

矩形平面直流磁控溅射装置工作区域磁场分析

通过分析磁场对磁控溅射过程的影响,总结出了矩形平面直流磁控溅射装置工作区域磁场的设计原则,并给出了两种磁体结构.采用有限元方法对一套装置的磁场进行了计算,磁场计算结果与测量值吻合较好.基于上述分析计算,研究了磁场分布对靶材刻蚀形貌的影响,并进一步提出了具体的磁场改进措施.采用分流条垫补方法可以改进磁场分布,如果磁场水平分量呈马鞍形分布,靶材的利用率可以提高,采用磁极斜面结构对磁场分布的改进意义不大.另外,错开磁体间安装接缝和对永磁体精确充磁能够有效提高工作区域磁场分布的均匀性.     

A new design method for asymmetrical head gradient coils used for superconducting MRI scanner

A novel approach of asymmetrical gradient coil design for head imaging in MRI (magnetic resonance imaging) is presented in this paper. The design is based on a modified target field method in which the stream function is introduced to replace Blaine's scheme for the length control. The transverse head coil calculated by this method has a high performance. The coil efficiency is 0.41 mT/m/A and the inductance is 512 μH. The coil has an inner diameter of 32 cm and a length of 45.8 cm. The size of the ROU (region of uniformity) is 20 cm along the transverse direction and 17 cm along the axial direction and it is close to one end of the coil. The ROU of the coil matches the ROI (region of interest) of human head very well. Compared with previous designs, our design has relatively high performance and the overlap between the ROU and the ROI is larger (the overlap percent is 95 % ).     

核磁共振全直径岩心分析仪磁体的研制

采用核磁共振进行石油岩心分析，可以从一块岩样中得到孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、自由流体指数(可动流体百分数)、孔径分布以及渗透率等多种参数，具有无损检测、一机多参数、一样多参数的显优点．我国油田以陆相沉积油田为主，其主要特点是储层存在严重的非均质性，所以采用核磁共振全直径岩心分析非常有必要性，和核磁共振标准岩心分析同样重要，磁体是核磁共振岩心分析仪的核心部件，这种磁体相对体积较小，有效气隙大，重量轻．在设计磁体时，首先要根据经验初步确定磁体类型和结构尺寸，然后再用有限元方法进行计算，得出准确的尺寸，装配完的磁体通过无源匀场使磁体的均匀度达到要求，磁场的均匀度和FID(free induction decay)信号衰减程度密切相关，FID衰减的越快，说明磁体均匀度越差，磁体经调试完毕后，使用煤油和四氯化碳模拟孔隙介质组成的标准样做FID测试，通过磁体的测试，可知磁体的均匀度、磁场场强的温度稳定性、磁体的总体稳定性良好，完全可以给核磁共振全直径岩心分析仪营造一个合适的匀场环境。     

永磁轴向多极场的获得

本文描述了永磁非对称轴向二极场的结构和形态,这种磁场用于替代同轴线圈提供微波ECR等离子体CVD系统所需的磁场;简要分析了磁场对等离子体特性的影响。     

超磁致伸缩驱动微泵的磁场优化分析与实验验证

为使超磁致伸缩驱动微泵中超磁致伸缩材料(GMM)棒获得最佳的磁致伸缩性能,在ANSYS Maxwell软件中建立双线圈式驱动磁场、外线圈内永磁体式驱动磁场、内线圈外永磁体式驱动磁场模型,进行仿真分析,得到三种情况下微泵轴线上平均磁场强度和磁场均匀度,并通过试验验证优选结构的磁场强度和均匀度。结果表明:外线圈长度L_(q1)=104 mm,厚度d_(q1)=12.5 mm;内线圈长度L_(q2)=104 mm,厚度d_(q2)=12.5 mm的双线圈式驱动磁场相对于外线圈内永磁体式和内线圈外永磁体式平均磁场强度提高了117%和8.6%,磁场均匀度下降4%。试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。     

ECR等离子体系统中粒子沿微管传输的研究

建立了一个等离子体系统内粒子传输模型，研究在一个ECR等离子体系统中，如何通过某些环境参数的变化来使得沿微管表面传输的粒子产生净流动．在此模型中，在非平衡热涨落、磁场作用、外场力等因素的综合作用和共同驱动下，可以得到一个净几率流J，当这些因素彼此竞争彼此作用时，J可以随着某个参数的改变而发生方向改变．此外，通过理论模型的计算，得到了J关于不同参数的相关函数．     

梯形磁通集聚器的结构设计及磁场分布特性分析

分析了微观尺寸下的梯形磁通集聚结构空气间隙处的轴向磁场放大倍数的影响因素以及磁场分布特性的影响因素。利用有限元方法,仿真分析了梯形结构的几何尺寸和材料属性对其空气间隙处轴向放大倍数的影响,得到梯形集聚结构的设计原则。同时,仿真分析了梯形结构的厚度和空气间隙长度对空气间隙处磁场分布特性的影响,结果表明,空气间隙内y=0和z=0截面上以中心点为标准的均匀度为1%的磁场分布区域占空气间隙区域的比例随着空气间隙变长或结构厚度减小而减小。研究结果能够为梯形磁通集聚器的结构设计及应用提供一定的理论参考。