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高功率微波窗内外表面闪络击穿流体模拟研究 被引量:3
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作者 董烨 周前红 +2 位作者 杨温渊 董志伟 周海京 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第18期346-358,共13页
建立理论模型,将电磁场时域有限差分方法与等离子体流体模型结合,编制一维电磁场与等离子流体耦合程序,数值研究了3 GHz高功率微波窗内外表面闪络击穿的不同物理过程.研究结果表明:外表面闪络击穿中,输出微波脉宽缩短(未完全截止),窗体... 建立理论模型,将电磁场时域有限差分方法与等离子体流体模型结合,编制一维电磁场与等离子流体耦合程序,数值研究了3 GHz高功率微波窗内外表面闪络击穿的不同物理过程.研究结果表明:外表面闪络击穿中,输出微波脉宽缩短(未完全截止),窗体前均方根场强呈驻波分布,波节与波腹位置不变,窗体外表面形成有一层高密(约10^(21)·m^(-3)量级)极薄(约mm量级)等离子体(扩散缓慢),入射波可部分透过该薄层等离子体,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;降低初始等离子体密度、厚度、入射波场强及缩短入射波脉宽等方式,可不同程度地改善输出脉宽缩短效应.内表面闪络击穿中,窗体前均方根场强亦出现驻波分布f但波节与波腹位置随时间变化),等离子体向波源方向运动;强释气下,输出脉宽缩短(未完全截止),形成多丝状高密(约10^(21)·m^(-3)量级)极薄(约mm量级)等离子体区域(扩散缓慢),间距1/4微波波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、低场强下,脉宽缩短有所改善(但最终截止),形成多带状致密(约10^(18)·m^(-3)量级)略厚(mm-cm量级)等离子体区域(扩散较快),间距1/4波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、高场强下,脉宽缩短严重(很快截止),形成块状高密(约10^(21)·m^(-3)量级)较厚(约cm量级)等离子体区域(扩散迅速),脉宽缩短主要源于等离子体反射效应. 展开更多
关键词 高功率微波输出窗 沿面闪络击穿 电磁场时域有限差分 等离子体流体模型
原文传递
微波输出窗内表面闪络击穿3维全电磁等离子体流体模拟 被引量:2
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作者 董烨 周前红 +3 位作者 杨温渊 董志伟 周海京 刘庆想 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期15-23,共9页
通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明:微波窗内侧... 通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明:微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下,等离子体发展为"蘑菇"形状,输出微波脉冲缩短并不严重,等离子体吸收微波功率大于反射微波功率;面源分布下,等离子体发展为"帽子"形状,输出微波脉冲缩短严重,输出微波完全截断,开始阶段等离子体吸收微波功率占优,待等离子体密度增加到一定程度后,反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法,可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。 展开更多
关键词 高功率微波输出窗 闪络 击穿 电磁场时域有限差分 等离子体流体模型
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载气中N_(2)浓度影响介质阻挡放电离子化效率的数值模拟研究 被引量:1
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作者 庞吉宏 胡舜迪 +3 位作者 洪欢欢 陈安琪 闻路红 王继业 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期201-208,共8页
随着公共安全、食品安全检测领域对现场质谱检测需求的日益增加,介质阻挡放电离子源技术得到了较快的发展。其中的工作气体浓度通过影响介质阻挡放电的离子化效率从而对质谱检测信噪比产生较大作用。本文建立了在He-N_(2)混合载气作用... 随着公共安全、食品安全检测领域对现场质谱检测需求的日益增加,介质阻挡放电离子源技术得到了较快的发展。其中的工作气体浓度通过影响介质阻挡放电的离子化效率从而对质谱检测信噪比产生较大作用。本文建立了在He-N_(2)混合载气作用下的包含7种反应离子的等离子体流体动力学模型,并采用该二维模型,探究了N_(2)浓度对介质阻挡放电离子源离子化能力的影响。结果表明,通过在He载气中引入不同N_(2)量可以改变等离子体射流质子化水簇团反应的关键中间体粒子数密度含量,提高离子源的离子化效果;特别地,当N_(2)摩尔分数为1.5%时,有效粒子数密度最高。此外,本文还研究了介质的管径及介电常数对粒子平均密度的影响。结果表明,粒子数密度含量随着介质管径和相对介电常数增加而逐渐减小。通过对不同N_(2)摩尔分数、介质管径和相对介电常数的参数化分析,将优化设计介质阻挡放电离子源结构,从而最终提高现场质谱检测的灵敏度和稳定性。 展开更多
关键词 介质阻挡放电离子源 等离子体流体模型 载气 N_(2)含量
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介质阻挡放电离子源背景噪声抑制方法数值模拟研究 被引量:1
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作者 刘其强 胡舜迪 +2 位作者 毕磊 洪欢欢 闻路红 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期644-652,共9页
针对单电极介质阻挡放电离子源(DBDI)的外置金属网抑制环境背景噪声技术,采用二维等离子体流体模型进行了数值模拟研究。通过对比施加金属网前后单电极DBDI低温等离子体羽流(LTPP)中各物种的演化发展特性,给出了金属网孔隙参数在调控LTP... 针对单电极介质阻挡放电离子源(DBDI)的外置金属网抑制环境背景噪声技术,采用二维等离子体流体模型进行了数值模拟研究。通过对比施加金属网前后单电极DBDI低温等离子体羽流(LTPP)中各物种的演化发展特性,给出了金属网孔隙参数在调控LTPP效能方面的一般规律。结果表明,金属网通过显著提高DBDI等离子体羽流的亚稳态离子总量并抑制背景杂质离子,从而提升其软电离效果和质谱检测信噪比。特别地,当金属网孔隙为0.5 mm时,亚稳态离子总量占比提高了约5.3倍;各离子密度峰值降低了3倍以上,而He*、N2*的密度峰值则分别增大了7.86倍和2.31倍。随着金属网孔隙不断减小,亚稳态离子总量占比越高,但当孔隙为0.3 mm时,亚稳态离子总量开始减小;在0.3 mm≤g≤0.4 mm范围内,可获得更好的背景离子抑制效果,从而有效抑制背景噪声影响。 展开更多
关键词 介质阻挡放电 噪声抑制 等离子体流体模型 数值模拟
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Simulation of Dual-Electrode Capacitively Coupled Plasma Discharges
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作者 路益嘉 季林红 程嘉 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期1175-1180,共6页
Dual-electrode capacitively coupled plasma discharges are investigated here to lower the non-uniformity of plasma density. The dual-electrode structure proposed by Jung splits the electrode region and increases the fl... Dual-electrode capacitively coupled plasma discharges are investigated here to lower the non-uniformity of plasma density. The dual-electrode structure proposed by Jung splits the electrode region and increases the flexibility of fine tuning non-uniformity. Different RF voltages,frequencies, phase-shifts and electrode areas are simulated and the influences are discussed. RF voltage and electrode area have a non-monotonic effect on non-uniformity, while frequency has a monotonic effect. Phase-shift has a cyclical influence on non-uniformity. A special combination of 224 V voltage and 11% area ratio with 10 MHz lowers the non-uniformity of the original set(200 V voltage and 0% area ratio with 10 MHz) by 46.5%. The position of the plasma density peak at the probe line has been tracked and properly tuning the phase-shift can obtain the same trace as tuning frequency or voltage. 展开更多
关键词 dual-electrode non-uniformity capacitively coupled plasma fluid model
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Modeling of Inner Surface Modification of a Cylindrical Tube by Plasma-Based Low-Energy Ion Implantation
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作者 郑博聪 王克胜 雷明凯 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期309-316,共8页
The inner surface modification process by plasma-based low-energy ion implantation(PBLEII)with an electron cyclotron resonance(ECR)microwave plasma source located at the central axis of a cylindrical tube is model... The inner surface modification process by plasma-based low-energy ion implantation(PBLEII)with an electron cyclotron resonance(ECR)microwave plasma source located at the central axis of a cylindrical tube is modeled to optimize the low-energy ion implantation parameters for industrial applications.In this paper,a magnetized plasma diffusion fluid model has been established to describe the plasma nonuniformity caused by plasma diffusion under an axial magnetic field during the pulse-off time of low pulsed negative bias.Using this plasma density distribution as the initial condition,a sheath collisional fluid model is built up to describe the sheath evolution and ion implantation during the pulse-on time.The plasma nonuniformity at the end of the pulse-off time is more apparent along the radial direction compared with that in the axial direction due to the geometry of the linear plasma source in the center and the difference between perpendicular and parallel plasma diffusion coefficients with respect to the magnetic field.The normalized nitrogen plasma densities on the inner and outer surfaces of the tube are observed to be about 0.39 and 0.24,respectively,of which the value is 1 at the central plasma source.After a 5μs pulse-on time,in the area less than 2 cm from the end of the tube,the nitrogen ion implantation energy decreases from 1.5 keV to 1.3 keV and the ion implantation angle increases from several degrees to more than 40°;both variations reduce the nitrogen ion implantation depth.However,the nitrogen ion implantation dose peaks of about 2×10^(10)-7×10^(10)ions/cm^2 in this area are 2-4 times higher than that of 1.18×10^(10)ions/cm^2 and 1.63×10^(10)ions/cm^2 on the inner and outer surfaces of the tube.The sufficient ion implantation dose ensures an acceptable modification effect near the end of the tube under the low energy and large angle conditions for nitrogen ion implantation,because the modification effect is mainly determined by the ion implantation dose,just as the ma 展开更多
关键词 plasma-based low-energy ion implantation inner surface modification magnetized plasma diffusion fluid model sheath collisional fluid model
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