磁场位形对微波ECR等离子体电子参数的影响

测量了两种磁场位形中微波ECR等离子体的电子参数,研究了磁场位形对电子参数空间分布的影响,结果表明:发散场中电子温度在轴心和腔体边缘较大,在过渡的中间区域较小,而磁镜场中电子温度随径向半径R的增大单调减小;电子密度在两种磁场位形中随径向和轴向距离的增大均呈单调下降的趋势,磁镜场中的下降幅度大于发散场;在共振面附近,发散场中气压对电子温度的影响比在磁镜场中大,而气压对电子密度的影响在两种磁场位形中基本相似.     

电子回旋共振放电的理论计算机模拟进展

电子回旋共振(ECR)等离子体因具有低气压、高密度、高电离度等优点而被广泛地应用于微电子工业中。ECR放电及其生成等离子体的理论、计算机模拟的研究主要集中于3种模型:粒子模型、流体模型、混合模型。该文对上述3种模型进行了综述、总结和对比,并对今后的研究前景进行了展望．特别指出模拟ECR放电电离过程的研究意义以及粒子模型中的粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)方法在模拟ECR放电及ECR等离子体方面的技术优势．     

不同磁路结构ECRIT放电室实验研究

电子回旋共振离子推力器(ECRIT)属于静电型推力器,其工作原理是利用微波能和圆台型放电室内永磁体环产生的外加磁场产生高电离度的电子回旋共振(ECR)等离子体,再通过屏栅和加速栅之间的陡峭电势差加速其中的离子,从而产生推力。由于ECRIT采用了无阴极放电方案,因而它具有寿命长、结构简单的特点。ECRIT放电室内恰当的放电室磁路结构对于推力器的可靠工作非常重要,一方面它要产生满足ECR等离子体形成需要的磁场位形;另一方面要使栅极附近的等离子体分布比较均匀,从而提高推力密度,降低离子对栅极的冲刷;再者还要求放电室能在比较高的能量利用效率下工作。在圆台型放电室内,文章采用了两种磁路结构,分别开展了真空环境下放电室内ECR等离子体的产生实验;认为放电室中的离子未被磁化,采用朗缪尔探针直接诊断两种磁路结构放电室内的电子温度和离子密度,分析氩等离子体场的结构。实验的结果是:靠近放电室大端面的永磁体环能够使推力器的能量利用效率提高,同时能够使栅极附近的等离子体分布更均匀,从而提高推力密度、降低离子对栅极的冲刷。     

氩气直流放电过程电子行为的粒子模拟

气体放电初始过程是一不平衡的物理过程,为了验证空间电荷对气体放电的影响,建立一种粒子模拟（PIC）与蒙特卡洛（MCC）方法相结合、用来模拟放电初始阶段电子行为的微观模型.分析了气压为67Pa、极间距离为64mm、气体温度为300K、极间电压为直流500V时的气体放电过程.通过计算机跟踪大量电子运动得到宏观参数.通过仿真很好地解释在气体击穿初期,低能量电子被电极吸收及在电场加速作用下电子能量倍增产生激烈碰撞电离的过程.     

微推力ECR离子推力器中和器实验研究

微推力电子回旋共振(ECR)中和器作为ECR离子推力器的关键组成部分,其初始放电及电子束流引出性能对离子推力器整体性能起着重要作用。研究对象为直径2 cm的ECR离子推力器中和器,根据中和器放电室内静磁场分布,选取不同结构的天线、腔体及电子引出板,并在真空环境下进行束流引出实验。实验结果表明:在一定范围内,腔体长度越长、天线环形段略高于ECR区且环形段宽度越小时,中和器性能越好;对于电子引出板存在一个合理结构使得中和器性能更佳。此外,在一定的偏压及气体流量范围内,无论采用哪种结构的腔体、天线及电子引出板,中和器引出的电子束流的大小均随偏压及气体流量的增加而增加。根据实验中不同组合结构中和器的气体初始放电以及电子束流引出性能的对比,最终得到较为合理的中和器结构。该中和器以氙气为工质,在微波功率2.0W、流量0.2 mL/min的工作条件下,引出电子束流4 mA所需偏压为31.5 V。     

微空心阴极放电的计算机模拟

给出了圆筒形微空心阴极氦气放电的三维、时域、自恰流体方程组(粒子连续性方程、电子能量平衡方程和泊松方程)及其稳态的差分方程组和合理的边界条件，并利用计算机模拟计算，得出了放电稳态时形成的粒子密度、电子平均能量、电位等值线和电场分布图。结果表明在放电过程中存在明显的阴极位降区和负辉区，空心阴极效应明显，存在高能电子以及放电空间中以径向电场为主。并对计算结果进行讨论，为微空心阴极放电器件提供了理论依据。     

外磁场作用下的介质阻挡面放电研究

通过计算包含等效磁场的介质阻挡面放电漂移-扩散方程组,分析了磁场方向、磁感应强度对介质阻挡面放电下的电子浓度、离子浓度、放电稳定性以及等离子体体积力的影响,证明不同方向的磁场通过影响电子扩散对放电过程产生了膨化、压缩2种作用,提出了膨化磁场、压缩磁场概念。计算结果表明:外部磁场对离子扩散的影响较弱,没有明显改变等离子体静电场体积力的分布,与等离子体静电场力相比磁力基本可以忽略,且磁场使得介质阻挡面放电更容易失稳。     

等离子体鞘层内离子运动的蒙特卡罗模拟研究

本文利用蒙特卡罗方法模拟氩气直流辉光放电鞘层内离子的运动过程。模拟基于离子与中性原子的电荷转移和弹性散射两种主要的散射过程,考虑了碰撞截面与能量相关的情况。在弹性散射中采用了刚性球碰撞的模型。通过刚性球碰撞模型的模拟得到在不同入射初能量和不同的气体密度下离子入射阴极的能量分布和角度分布,并对刚性球碰撞模型的模拟结果进行了分析和讨论。     

两种电子温度等离子体系统中的电子束流不稳定性

在一个包含两种不同温度电子的等离子系统中,用一维全粒子模拟模型研究电子束流不稳定性.在模拟模型中,考虑了离子与电子的实际质量比与将离子看成是静止不动的背景离子相比,在一维全粒子模拟中噪声要低,并且由于离子的原因电子束流不稳定性变弱.由于电子速度分布出现的平台和一维全粒子模拟模型中电子洞的形成使得孤波产生,在模拟中该孤波沿着电子束流的反方向传播.     

真空波导磁场控制型ECR溅射法的实验研究

微波电子回旋共振（delectroncyclotronresonance．ECR）等离子体溅射法是能在低温下制备高质量薄膜的最新镀膜技术．在该技术中,微波输入窗口易受金属粒子污染,导致微波在窗口反射,从而影响装置的正常工作。本文初步探讨了在ECR溅射装置中．采用真空波导与共振腔连成一体,在连接处配置磁轭（纯铁）．通过改变共振腔与波导连接处的磁场分布,能有效的避免微波窗口污染的技术途径,并较细致的研究了该装置的放电特性。     

射频和千赫兹驱动的毫米间隙放电的仿真研究

大气压短间隙放电是是产生冷等离子体的一种有效手段,常见的交流驱动电源方式有射频电源和kHz交流电源,而这两种不同频率电源所导致的气隙放电特性对比尚鲜有研究。本文以1 mm间隙的针-板电极这一极不均匀电场结构作为放电气隙,将之等效为球坐标系下的一维结构,建立基于迁移-扩散近似下的多组分、局部能量近似的经典等离子体流体模型,仿真研究了13.56 MHz射频（RF）电源或50 kHz交流（LF）电源所驱动的1 mm氦气（混合0.1%氮气）间隙的放电过程,关注了在1 mW和1 W这两种不同的沉积能量下的放电特性。结果表明：RF放电在1 mW时表现为电晕放电模式,此时间隙中的带电粒子密度低,且主要集中在功率电极附近;当沉积功率升高至1 W时,间隙放电则呈现出明显的辉光放电特征,电极附近出现鞘层,且气隙中间存在准电中性的等离子体区域;LF放电的起始电压幅值要高于RF,且LF放电随电压升高会较为平顺地从电晕放电模式过渡到辉光放电模式,而不存在明显的转换过程。对两种频率的放电而言,电晕放电模式下,潘宁电离是主要的电离路径;而辉光放电模式下,直接的电子碰撞电离成为主导的电离通道。此外,在相同的沉积功率下,LF放电的最大电子密度、电子温度和正离子温度都要要高于RF放电,但时间均匀性较差,呈现出明显的脉冲放电特性。     

Electron dynamics and wave activities associated with mirror mode structures in the near-Earth magnetotail

We report the observation of mirror mode structures by Cluster spacecraft at around X~-16 RE in the Earth’s magnetotail.The wavelength of the mirror structure is larger than 7000 km,corresponding to tens of ion gyroradii.Features of the mirror structures are similar to those detected in the magnetosheath:the anti-correlation between the magnetic field strength and plasma density,zero phase velocity in the plasma rest frame and linear polarization.The structures were observed in a region bounded by two dipolarizations during a substorm intensification.Thus,the dipolarization process may provide a plasma condition facilitating the growth of the mirror mode structures.Another interesting feature is the electron dynamics within the mirror structures.Thermal electron energy flux has an enhancement at 0°and 180°pitch angles inside the magnetic dips of the first three mirror structures and an enhancement at 90°pitch angle inside the magnetic dip of the last structure.The different electron distribution inside the mirror structures might be a result of different evolution stages of the mirror wave.The last structure may be in the nonlinear stage of the mirror instability,whereas the three others with quasi-sinusoidal waveforms may be in the linear stage.In addition,we found that intense whistler waves were confined within the magnetic dips.We conjecture that whistler waves observed in the first three dips were generated in a remote region,then they were trapped in the mirror mode troughs and transported toward the spacecraft;while the whistler wave detected in the last dip was excited locally by the electron anisotropy instability.     

氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜

分别采用直流辉光、微波和电子回旋共振3种氧等离子体对CVD金刚石膜表面进行了刻蚀．利用扫描电子显微镜对三种等离子体刻蚀后金刚石膜表面的形貌进行了观察分析．通过对刻蚀后形貌差异的比较,探讨了它们各自的刻蚀机理,并从等离子体鞘层理论出发建立了刻蚀模型．     

ECR等离子体刻蚀对玻璃光学和润湿性能的影响

为了提高太阳能电池盖板玻璃的透过率和自清洁性能,采用电子回旋共振( ECR)等离子体刻蚀与金属颗粒掩膜结合的方法刻蚀硼硅酸盐玻璃,采用扫描电镜( SEM)对刻蚀后玻璃表面形貌进行了观察,采用分光光度计测量了刻蚀前后玻璃透过率变化,并用接触角仪测定了刻蚀前后玻璃表面润湿性变化. 结果表明:经过ECR等离子体刻蚀后,在玻璃表面形成多山峰状纳米结构,平均尺寸约在80～140 nm,并有效提高了玻璃的可见光透过率,尤其是在有偏压刻蚀后透过率由原来91%提高到94. 4%,同时,玻璃表面亲水性增强,接触角θc由原来的47. 2°变为7. 4°,自清洁性能得到提高.     

电子回旋共振等离子体技术新进展

叙述了电子回旋共振（ＥＣＲ）微波等离子体技术的基本工作原理，主要特点以及发展概况，着重从ＥＣＲ等离子体实验系统、工艺应用、诊断技术和机理研究等方面对ＥＣＲ技术进行了讨论。由于ＥＣＲ微波等离子体技术具有密度高、电离度大、工作气压低、表面损伤小等特点，在反应离子刻蚀（ＲＩＥ）、等离子体化学气相淀积（ＣＶＤ）和溅射方面具有广阔的应用前景。     

射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰的控制效果

在空气静止、气压为12 kPa（对应超声速风洞试验段的气压）条件下,研究射频放电等离子体的光谱特性;在马赫数为2的超声速来流中,研究射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰非定常性的控制效果. 实验结果表明：在相同的激励频率下,随着加载功率的增大,表征电子温度的相对光谱强度增大,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度基本保持不变;保持加载功率不变,随着激励频率的增大,表征电子温度的相对光谱强度先增大后减小,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度没有明显变化. 在未施加激励时,激波振荡的主导频率为低频;在施加射频放电等离子体激励后,激波低频振荡减弱,高频振荡增强,激波特征频率从低频转向高频,再附边界层出现高能量漩涡结构.     

基于蒙特卡洛方法的电子束辐照新鲜葡萄剂量分布模拟研究

利用蒙特卡洛程序包GEANT4计算了1MeV-9MeV能量范围内的电子束在葡萄中的剂量深度分布,结果显示吸收剂量随着辐照物质的深度的变化趋势是先增后减,辐照电子束能量越高,穿透厚度越大.     

同轴配对电子回旋共振放电产生的等离子体磁场约束的影响

运用朗缪尔探针诊断技术对同轴配对电子回旋共振产生等离子体磁场约束的影响进行了研究。在磁镜约束条件下,电子回旋共振源轴线附近等离子体的密度非常高,但是随着径向距离的增加等离子体的密度会迅速下降;而在会切磁场约束条件下,离子体的密度相对较低却分布均匀。这种趋势与电子温度和等离子体电势的情形类似,并且这种特性可应用于各种材料加工以满足不同的需求。     

刚性淹没双层植被明渠水流紊流特性研究

文章采用标准 紊流模型,结合雷诺平均Navier-Stokes方程,对刚性淹没双层植被明渠水流特性进行了研究。计算所得的流速值与实测值吻合良好,表明计算方法可行。进而根据空间及时间的双平均理论,给出了双平均条件下的明渠流速,雷诺应力及紊动能分布,并对紊动能平衡方程中的各项进行了分析。结果可以看出,刚性双层淹没植被作用下,垂向流速分布曲线由三个拐点将其划分为四个区域;雷诺应力及紊动能分布在植被顶端明显增强,高植被顶端各项值均大于低植被顶端相应值;紊动能平衡方程中的紊动耗散项及压力耗散项在紊动能平衡方程中起着主导作用;植被顶端区域产生的涡,通过喷射和扫掠作用使其附近水体发生质量及动量交换。     

稀释合金中铁离子交换电子和能量作用的证明

利用稀释的金铁和铜铁合金中相邻4个铁离子构成的正方形4L回路上的铁离子间存在交换电子(EE)和能量的作用过程计算了合金的热电势、铁离子磁矩和居里温度、电阻极大值温度和极小值温度、传导电子的比热增加和熵值减少、负磁阻效应等,与测量值相符.这些结果证明铁离子或4s传导电子产生了新的正方形原子轨道4L,2个4sEE在4L轨道上产生的磁矩2PmOK构成铁离子的磁矩,居里温度Tc与4sEE的量子化能量成比例,基金属传导电子(HMCE)产生了反向旋转或反向自旋能量UOK,UOK使合金产生大的热电势等反常物理量.