基于中压微波氩等离子体的鞘层时空特性研究

鞘层特性直接影响微波等离子体应用于工业等领域的质量,针对研究其时变的空间分布和电场分布具有一定难度的问题,运用有限元的方法建立了中等气压下耦合麦克斯韦方程的微波氩等离子体三维模型,对鞘层的时空特性进行分析,给出了其二维等效模型.基于对等离子体参数的分析,讨论了鞘层的形成过程及其厚度的变化趋势,对比分析了等离子体电场及微波电场的时空瞬态特征.结果表明:在时间上,由于电子与离子的扩散速度和受力方向不同,鞘层的厚度呈逐渐增大的趋势,并最终形成稳态鞘层;在空间上,鞘层存在于所有与等离子体接触的放电管壁附近,鞘层区域的电场强度始终大于等离子体主体区域,且电场方向始终指向管壁,对微波电场产生阻尼作用.此外,通过量化分析证明了鞘层厚度随压强的增大而逐渐减小.     

二次电子发射对无碰撞等离子体鞘层的影响

建立了包括器壁发射二次电子的等离子体无碰撞鞘层的基本模型,讨论了一维稳态等离子体鞘层中二次电子发射对鞘层结构的影响．结果表明：器壁电势随着二次电子发射系数的增加而增加．在发射系数小于临界发射系数时,鞘层电势随发射系数增加而增加,鞘层是离子鞘;在发射系数大于临界系数时,电场出现反转,电势在鞘层空间出现一最小值,鞘层不再是离子鞘．并且就稳态等离子体推进器器壁材料不同,简要分析了二次电子发射给其鞘层带来的影响．     

射频负偏压等离子体鞘层流体动力学模拟

采用流体动力学方法建立了一种自洽的无碰撞射频直流偏压等离子体鞘层动力学模型.模型中考虑了极板直流负偏压对离子运动的影响,模拟了在不同偏压条件下射频等离子体鞘层内各参量的时空演化特性.在该模型中,认为鞘层厚度是与时间有关的函数,并采用等效电路模型建立了鞘层瞬时厚度与鞘层电位降的关系.模拟结果表明,极板上电势呈非正弦周期性变化;鞘层厚度变化与极板电势变化周期相同,趋势相反,且略滞后于射频周期.     

碰撞对伴有二次电子发射等离子体鞘层的影响

建立了包括器壁发射二次电子的等离子体鞘层的流体模型,讨论了一维稳态等离子体鞘层中离子与中性粒子的碰撞对含有二次电子发射的鞘层结构的影响。结果表明:碰撞频率的增加,导致鞘层空间的二次电子密度逐渐增大,离子密度是先增加后减小,离子速度则是先减小后增加。从碰撞和二次电子发射比较来说,碰撞频率的增加对于鞘层空间影响更大。另外发现碰撞对于不同带电量的离子来说,带电量较少的离子的等离子体鞘层受碰撞的影响要大一些。     

等离子体源离子注入半圆碗状球内壁离子能量和角度分布

在等离子体源离子注入（PSII）技术中,被加工材料表明形状的弯曲使附近鞘层中电场结构出现聚焦效应,从而引起离子束流和离子注入剂量在材料表明上分布非常不均匀．在半圆容器表面情况下,这种情况尤为明显．利用MonteCarlo方法,考察了有共心附加零电位电极时半圆容器内底中央部位Ar^＋注入能量和角度分布及真空室中气压参数的影响．通过在不同半径的鞘层边界上随机抽取与半径成正比的离子数量,计算了注入到内底表面的所有离子能量分布和角度分布．在模型中,通过考虑两种主要碰撞过程：电荷交换碰撞和弹性碰撞．对不同工作气压下的离子注入进行了考察．随着中性气体压力的增加,离子在穿越鞘层的过程中与中性粒子经历比较频繁的碰撞．这些碰撞一方面使离子失去能量,另一方面也使离子改变运动方向,导致注入的低能离子和不垂直于表面入射的离子增多．     

北京大学超小型激光加速器系统研究进展

超强激光与等离子体相互作用可以获得高于传统加速器三个数量级以上的加速电场梯度,更加有效地加速离子,从而能够显著缩小加速器的体积和造价．鞘层加速（TNSA）和光压稳相加速（RPA）是目前研究得最多的两种主要激光加速机制．与鞘层加速相比,光压稳相加速的加速效率和离子能量更高、单能性更好．在提出光压稳相加速原理的基础上,北京大学正在建造一台基于该原理的超小型激光加速器系统．本文将介绍北京大学在激光加速研究方面的进展和激光加速器系统的研制情况,包括理论模拟、前期准备实验、自支撑纳米靶的制备以及离子输运线的初步设计．     

华东师范大学成果推介

高性能薄膜材料的多功能等 离子体系统开发 通过对各种薄膜材料的生长方法、制备过程等进行系统的研究总结,华东师范大学开发成功了具有多种功能的具有优良性价比的多功能等离子体沉积系统,将磁控溅射、等离子体化学气相沉积、过滤阴极电弧、等离子体表面处理等功能有机地结合起来,从而解决了不同薄膜材料需用不同的制备方法等的关键工艺问题,并用于各种薄膜材料的沉积,处理等。     

苯乙烯等离子体聚合过程的发射光谱研究

为实现对聚合膜结构、性能的优化控制，通过测量苯乙烯等离子体辉光区和两极板鞘层区内的发射光谱，得到了ＣＨ、Ｃ４Ｈ２＋粒子发射强度与放电气压、功率的变化关系曲线，并以此研究了等离子体内部过程与膜结构、沉积速率之间的关系。研究结果表明，等离子体聚苯乙烯薄膜的沉积速率取决于等离子体中所产生的各种活性粒子（包括激发态分子、碎片自由基、离子等）的总数目；而聚合膜中的苯环含量，则与气相中含有苯环基团的那部分活性粒子数目相关。     

强流中子管微波离子源不同等离子体离子腔的对比研究

微波耦合效率（Pi-Pr)/Pi是微波离子源的重要参数,它与磁场强度和分布关系密切。通过对比实验研究了不同等离子体离子腔尺寸、不同引入窗厚度时对微波耦合效率的影响,当离子腔尺寸为100mm,窗厚度为30mm时,耦合效率为100％（磁场分布在最佳模式）。此外还研究了耦合效率与真空度的关系,通过二极多孔引出电极引出系统引出离子,其引出电压为1．8kV,引出束流为30mA。     

托卡马克芯部等离子体微观不稳定性研究

在Weiland模型的基础上,考虑碰撞效应的双流体方程,获得了托卡马克等离子体芯部区域ITG（离子温度梯度模）和TEM（捕获电子模）的色散关系,分析了归一化温度梯度和密度梯度以及归一化径向坐标对这两种模式增长率的影响。计算结果表明等离子体密度梯度对离子温度梯度模有致稳作用,而对捕获电子模模有促进作用。两种模的增长率都随各自温度梯度和归一化径向坐标的增大而不同程度增大。     

Development of Numerical Model for Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharges in Argon

A one-dimensional,self-consistent fluid model is developed for a computational investigation on discharge characteristics and dynamics of radio frequency (RF) glow discharges in atmospheric argon,which are demonstrated through the spatial and temporal profiles of plasma species,electric field,and mean electron energy.Furthermore,in the discharge current density range from 7.1 mA/ cm2 to 119.5 mA/cm2,different discharge operation modes of α and γ are indicated by changing differential conductivity of voltagecurrent characteristics and sheath dynamics in terms of sheath voltage and sheath thickness.     

木星轨道卫星深层介质充电电势仿真研究

采用GEANT4-RIC方法, 对处于木星轨道的星用电路板FR4 (环氧玻璃布层压板)介质和电缆PTFE (聚四氟乙烯)介质的充电过程进行模拟研究, 计算不同接地状态、不同介质厚度和不同屏蔽层厚度条件下, 介质内部的充电电势。研究结果表明, 介质充电电势与介质接地方式密切相关, 双面接地可以大大降低介质的充电电势; 使用薄介质以及增加屏蔽层厚度也是降低介质内部充电电势的有效方法。     

套管井电阻率测井方法及其影响因素分析

根据电磁场理论和中场区电场分布特点,建立套管井地层电阻率测井(CHFR)测井响应方程,用传输线理论分析了套管井测井数值计算的可行性,分析了水泥环、地层电阻率、套管厚度等因素对测井响应的影响.结果表明,低阻地层水泥环对测量结果的影响较大,电位二阶微商与地层电阻率成反比,随套管厚度的增大下降较快,特别是小于4mm时下降更快.     

板料在矩形拉深筋中的变形研究

拉深筋是板材成型中的重要控制手段之一。目前,对拉深筋的研究虽取得了一定的成果,但有关对板材成型的影响研究还较欠缺。本文利用数值模拟方法,研究了矩形拉深筋的筋高、筋宽、圆角半径等结构尺寸对板材后续成型的影响。研究结果表明,板料在矩形拉深筋中每通过一个圆角厚度都有所减薄;筋高与板料的减薄量和等效应变之间存在良好的线性关系,随着筋高的增大,减薄量和等效应变也增大;矩形拉深筋的筋宽对板材后续成型的影响不十分明显;拉深筋的各圆角半径的增大都会使减薄量和等效应变减小。     

粘钢加固RC梁的锚固剪应力参数分析

在弹性理论的基础上,利用钢板固剪应力计算公式,对在集中荷载或均布荷载作用下采用粘钢加固的混凝土梁,风板锚固最大剪应力的有关影响因素。     

不对称电极上尘埃等离子体颗粒分布

针对不对称电极射频(radio frequency, RF)辉光放电,通过构建二维尘埃等离子体鞘层模型,研究了不对称电极附近鞘层电势和电子密度等参量分布,并对鞘层中的颗粒进行受力分析,研究了尘埃颗粒在鞘层中的分布特征.结果表明：不对称电极鞘层附近电势具有棘轮势特点,颗粒受鞘层电场约束悬浮在鞘层内,其所在平衡位置处的电势呈现不对称周期性变化.通过对比不同大小的颗粒,发现小颗粒悬浮在鞘层较高位置成链状分布,大颗粒的平衡高度靠近极板,被“钉”到不对称电极产生的势阱中.     

反向凝固法制备复合不锈钢带时复合层凝固生长规律

试验用反向凝固工艺制备复合不锈钢带。讨论了复合层厚度与反向凝固工艺参数之间关系。研究结果表明，随母带厚度增加，复合层的初始增长速率、复合层的最大厚度增加，但增长幅度随之降低。在相同的赤热度下不同钢种的复合层凝固生长规律也不同。不锈钢母带和复合层之间形成了良好的冶金结合。     

化学气相沉积金刚石窗的热和电磁性能分析

CVD金刚石窗的好坏对ECRH系统稳定安全运行有直接的影响。在CVD金刚石窗通过HE11模式的情况下,以CVD金刚石为传输线的微波窗片的材料,利用热力学有限元分析软件对输出窗进行了稳态热流固耦合分析和结构静力学分析,得到了最佳的冷却水流速,使CVD金刚石窗片中心温度和热应力最小;得到半径为38mm,厚度为1.36mm 的CVD金刚石窗片,能承受的最大连续波功率为1MW左右。然后利用自由空间法测得CVD金刚石窗的介电性能,在中心频点为140GHz时有较好的介电参数。为ECRH系统CVD金刚石窗高功率测试提供了可靠的理论依据。     

真空开关介质强度恢复的研究

电力系统的瞬态恢复电压对真空开关的介质强度恢复影响极大,根据是否考虑这一影响可把真空开关的介质恢复过程分为实际恢复过程和固有恢复过程。本文在相同的实验模型和电路参数下对这两种恢复过程作了比较性的实验研究。提出了“鞘层”与“金属蒸气”相结合的理论模型,并对相关的问题进行了讨论。