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《大连理工大学》 2001年
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直流辉光放电正柱区及阴极鞘层区的模拟研究

黄俊卿  
【摘要】: 本文依据目前等离子体理论模拟计算中的三种主要方法,分别进行 了氢辉光放电正柱区的动力学模拟、氮辉光放电阴极鞘层区的氮离子输 运过程流体力学模拟以及此过程中氮离子能量分布和角度分布的Monte Carlo模拟研究。 在氢辉光放电正柱区的动力学模拟中,综合考虑了电子、H_2、H、 H~+、H_2~+、H_3~+之间主要的物理和化学碰撞过程,包括弹性、非弹性碰撞 及化学反应过程。所得结果显示氢辉光放电正柱区的电子能量分布曲线 明显偏离Boltzmann分布,并且随着E/N增大,电子能量分布函数的尾 部能量越来越高。在同一E/N值条件下,随着H原子密度占总物种密度 百分比的增加,电子能量分布函数的尾部也逐渐向高能量方向延伸。在 氢辉光放电等离子体中,电子、氢原子以及各种氢离子密度均随着E/N 值的增加而增加。在三种氢离子中,H_3~+离子密度显著大于H~+和H_2~+离 子。就H~+与H_2~+离子相比较而言,前者大于后者。氢分子的分解百分率 亦随着E/N值的增加而增大。 氮辉光放电阴极鞘层区氮离子输运过程流体力学模拟中,从连续性 方程出发,结合泊松方程,在考虑离子与中性分子动量交换条件下,研 究了氮辉光放电阴极鞘层区N~+、N_2~+离子和电子浓度、电位、电场强度 的分布规律,考察了不同气压与初始离子浓度比例对上述物理量空间分 布的影响。模拟结果表明,氮离子在从鞘层边界向阴极输运的过程中, 密度逐渐减少,而且在鞘层边界下降最快,之后趋于缓和,基本上可认 为离子在鞘层中间部分是均匀分布的。相比较而言,电子浓度在鞘层边 界下降的速度比离子更快。在鞘层内的同一位置上,N~+、N_2~+离子密度 随气压的升高而增大。当N~+、N_2~+离子以相同初始浓度进入阴极鞘层时, 大连理工大学硕士论文 摘 要 凡”离子浓度始终大于N”离子浓度。在鞘层电位降不变的情况下,电场 随着鞘层厚度的减少而增强。 氮辉光放电阴极鞘层区的氮离于能量分布和角分布的 Monte Carlo模 拟结果表明,随着气压的增大,氮离子的能量分布曲线逐渐向低能量方 向移动,而角分布曲线逐渐向大角度方向延伸。相比较而言,对于氮离 子的能量分布,N;”离子受气压的影响更大一些,而对于角分布,N”离子 受到的影响更大一些。在同一气压条件下,离子从鞘层边界向阴极运动 的过程中,能量分布曲线逐渐向高能区域延伸,而离子的散射角逐渐向 小角度方向聚拢。而且鞘层厚度越薄,离子的能量分布越向高能区延伸, 同时使离子的散射角越小,这说明强鞘层电场对离子有很强的加速和聚 焦作用。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:O646.5

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【引证文献】
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