收藏本站
《中国科学技术大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

弱碰撞等离子体中金属栅网附近稳态鞘和预鞘的实验诊断与数值模拟

李毅人  
【摘要】:等离子体鞘层是等离子体物理中最古老的问题之一,也是等离子体物理中最重要的基本问题之一,不仅在等离子体基础理论研究中具有重要意义,而且在等离子体诊断、表面处理和聚变研究等领域中也有实际应用。鞘层的基本理论目前已经比较完善了,但鞘层的实验诊断工作开展的并不多,且前人的鞘层实验诊断工作,主要针对的是全吸收的器壁或电极(如金属平板、球形电极)形成的稳态鞘层。而在实验室等离子体中,部分吸收的电极(如金属栅网)常被用于控制等离子体参数或激发各种离子波动模式,且激发出的等离子体集体波动模式及其特性受栅网结构影响很大。因此,在实验上对负偏压的金属栅网形成的稳态离子鞘进行诊断,探索不同条件下栅网附近鞘层结构的特性,在等离子体基础研究中具有重要的意义。 本文从实验上研究了在改进型双等离子体装置中负偏压的金属栅网附近的鞘和预鞘结构特点,比较了栅网和金属平板形成的稳态离子鞘鞘层结构的异同,还比较了栅网的疏密对稳态离子鞘鞘层结构的影响,并利用数值模拟手段研究了金属栅网附近的鞘层结构。 首先,负偏压的栅网对其周围的等离子体状态有明显影响。在靠近小栅网的区域内,利用Langmuir探针测得的电子温度明显上升,等离子体密度下降趋势也更加明显,这一明显受影响的区域的尺度和离子的平均自由程长度相当,因此可以认为这一区域为金属栅网的预鞘区。实验上也可以利用这一变化特点来确定主等离子体和预鞘的边界。 还利用发射探针仔细测量了负偏压金属栅网附近稳态离子鞘和预鞘的电势分布。实验测量结果和稳态离子鞘的理论模型符合得很好。实验还发现,弱碰撞等离子体中栅网的稳态离子鞘存在一个过渡区,过渡区的长度和部分文献中的模型估算一致。 其次,我们利用发射探针仔细测量了负偏压金属栅网和金属平板附近的稳态离子鞘和预鞘的电势分布。实验结果表明,金属栅网和金属平板的鞘内电势分布随空间位置的变化趋势是一致的,但是金属栅网的鞘厚明显小于金属平板,栅网附近的鞘内平均电场也更大,其原因可能如下。金属平板可以视为全吸收的边界,离子运动到平板表面即被平板吸收,而栅网的结构和平板不同,对离子是部分透射的,在栅网一侧的离子有一定概率可以穿过栅网,进入另一侧的鞘层,这也就导致鞘内的离子密度升高,电场变大。 再次,金属栅网的疏密程度对鞘层结构的影响也很明显,栅网越疏,其附近的离子鞘越薄。实验还发现,在鞘层外围及预鞘区域内,看不出栅网疏密对鞘层结构的影响,实验测得的鞘和预鞘边界的电场值和理论值接近,且不随栅网的疏密改变而变化。 最后,我们建立了栅网鞘层的无碰撞二维流体模型,用有限差分法求解了负偏压栅网的稳态离子鞘。数值计算的结果和实验测量所得的结果在变化趋势上一致,且对栅网的鞘层结构有进一步的解释,在很大程度上弥补了实验诊断的局限性。数值模拟主要有两点结论:首先,由于栅网是部分透射的,离子在栅网的空隙中和栅网表面附近将发生积聚,导致栅网表面附近的等效电势比栅网所加负偏压高,而金属平板的表面电势和其负偏压相等,因此栅网附近的鞘层要比全吸收的金属平板的鞘层薄一些。其次,随着栅网几何透过率的增大,离子在栅网的空隙和栅网表面附近的积聚效应明显增强,几何透过率越高的栅网,其表面附近的等效电势越高,鞘内的离子密度也越高。几何透过率越高的栅网,其鞘厚越薄。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O539

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;等离子体[J];现代物理知识;2011年04期
2 班玮;;德研制出等离子体消毒“手电”[J];共产党员;2011年16期
3 华兴恒;刘雨;;物质的第四态——等离子态[J];青苹果;2009年01期
4 陈明生;孔勐;时晶晶;吴先良;沙威;;等离子体目标宽频电磁散射特性的快速分析[J];电波科学学报;2011年02期
5 王蕾;刘永军;王研利;张丽;;接触辉光放电等离子体对水中偶氮染料艳红B的脱色研究[J];厦门大学学报(自然科学版);2011年04期
6 鲁旭尉;;宇宙天体的带电性[J];中国科技信息;2011年15期
7 ;中外科学家烹制宇宙大爆炸“夸克汤” 初次确定从普通物质到夸克物质的相变温度[J];科技传播;2011年13期
8 李洪涛;蒋百灵;杨波;曹政;郭维华;焦栋茂;;溅射沉积氢化非晶硅中辉光放电等离子体的Langmuir探针诊断[J];真空科学与技术学报;2011年04期
9 刘有军;金琨;白晓明;;低真空中脉冲激光烧蚀铜纳米铜等离子体电子温度的测量[J];现代教育科学;2010年S1期
10 牛铮;邵涛;章程;于洋;姜慧;严萍;;空气中纳秒脉冲均匀DBD增加聚合物的表面亲水性[J];高电压技术;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王帅;徐翔;戴忠玲;王友年;;双频电容耦合等离子体物理特性的一维流体力学/Monte-Carlo混合模拟[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
2 田修波;杨士勤;Ricky K.Y Fu;Paul K.Chu;;等离子体浸没离子注入在绝缘材料处理中的应用[A];2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2004年
3 黄永宪;田修波;杨士勤;;摩托车活塞等离子体浸没离子注入鞘层扩展动力学数值模拟研究[A];TFC'05全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2005年
4 田修波;杨士勤;黄永宪;;等离子体鞘层和等离子体注入[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年
5 田修波;Paul K.Chu;杨士勤;;基于等离子体注入技术的复合表面处理[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
6 刘华;张凯;;一种高效等离子体腔体的开发[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年
7 董春凤;崔正英;杨青巍;季小全;周航宇;冯北滨;李伟;孙红娟;李永高;;HL-2A欧姆和ECRH条件下的能量约束数据库的建立及分析[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
8 茅卫红;张慧云;陈宏;;低压直流辉光等离子体的放电特性[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
9 曾昭宪;周晓中;吴耀平;尹鹏飞;王世金;曾立;刘超;;一种测量空间等离子体的一体化双Langmuir探针方案[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(上册)[C];2006年
10 方容川;常超;廖源;崔景彪;;功能材料制备中的等离子体发光与过程选控[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王明俊 记者 张琦 首席记者 王唯先;等离子体种子:推广进入“全高铁”时代[N];牡丹江日报;2011年
2 顾琅 中国科学院力学研究所研究人员;等离子体与人类何干?[N];大众科技报;2011年
3 记者 操秀英;“人造太阳”进展顺利 等离子体研究将有较大进展[N];科技日报;2010年
4 张晋凤;LG电子力推等离子体空调[N];科技日报;2000年
5 李建伟;等离子体消毒前景看好[N];健康报;2003年
6 周有恒;等离子体[N];中国化工报;2001年
7 辛 力 ;细胞从等离子体中诞生[N];大众科技报;2003年
8 周志丹 吴忠民 首席记者 王川;我市建立等离子体种子处理服务体系[N];牡丹江日报;2010年
9 记者 刘裕国;等离子体彩电投入生产[N];人民日报;2000年
10 ;等离子体机怎样处理种子[N];吉林农村报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李毅人;弱碰撞等离子体中金属栅网附近稳态鞘和预鞘的实验诊断与数值模拟[D];中国科学技术大学;2011年
2 陈琳;低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究[D];浙江大学;2010年
3 邹秀;低温等离子体磁鞘特性的研究[D];大连理工大学;2005年
4 吕改敏;正负电子等离子体静电波的精解研究[D];大连理工大学;2010年
5 闫旭;大气压低温等离子体抑制HepG2细胞增殖的机制研究[D];华中科技大学;2011年
6 袁承勋;等离子体中太赫兹波传输特性理论研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 蒋相站;双频容性耦合等离子体的全悬浮双探针及质谱诊断研究[D];大连理工大学;2011年
8 冯红艳;半导体桥等离子体与药剂作用机理研究[D];南京理工大学;2011年
9 吕少波;PVD和CVD过程中等离子体物理特性混合模拟及实验研究[D];东北大学;2010年
10 赵国利;双频容性耦合等离子体的光谱诊断研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王丽红;双频容性耦合等离子体鞘层中带电粒子输运的流体力学模拟[D];大连理工大学;2006年
2 王楠;聚变装置中边界等离子体的磁鞘层特性[D];大连理工大学;2010年
3 张弘;等离子体边界层物理特性数值研究[D];大连理工大学;2011年
4 李佳佳;快离子注入对悬浮器壁附近磁化鞘层的影响[D];大连理工大学;2012年
5 郑尧邦;扩散流中上下游鞘层结构的实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 杨烁;双频容性耦合等离子体空间非均匀性诊断研究[D];大连理工大学;2010年
7 田立成;等离子体浸没离子注入空心圆柱形介质管内表面鞘层特性的数值研究[D];大连理工大学;2010年
8 伍艺龙;等离子体抛光机理的研究[D];西安工业大学;2011年
9 张红艳;同轴电极介质阻挡大气压辉光放电数值模拟[D];大连理工大学;2006年
10 陆建萍;电磁波在等离子体中的吸收衰减[D];北京理工大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026