金属离子源磁过滤器磁场位形的设计与实验研究

根据磁过滤器对磁场的要求,利用水冷铜管产生的反向磁场,设计一个轴向磁场较弱的磁镜式磁过滤器.由数值模拟和实验研究的结果可知:磁过滤器磁场位形是一个轴向较弱的磁镜式磁场分布;并且在磁过滤器的出口处,磁场强度的均匀性较好;还增强了水冷铜管和磁过滤器壁之间的磁场.由离子束测试实验可知在加反向磁场时离子束的均匀性比没有反向磁场时高很多.     

考夫曼离子源多极磁场结构设计与数值模拟

论述了考夫曼离子源中两种磁场结构的特点.在采用多极磁场的离子源中,由于放电室内低磁场区的存在,可获得均匀性好的离子束流.采用环形永久磁体改进设计了考夫曼离子源的多极磁场,简化了磁路结构.运用Ansoft软件对多极磁场进行了数值模拟,结果分析表明设计是可行的,为该类型离子源的磁路优化设计提供了理论依据.     

端部霍尔离子源的磁场设计与数值模拟

首先简单介绍了用于离子束辅助沉积的端部霍尔离子源的工作原理，然后分析了其性能对磁场的要求，据此介绍了磁路组件的设计。最后,采用ANSYS大型有限元分析软件对一个条形的端部霍尔离子源的磁场进行了模拟计算，并与实验结果进行了比较，获得了满意的结果。通过对模拟结果的分析，获得了对该离子源磁场分布的直观深入的认识，为具体的端部霍尔离子源的改进设计提供了理论指导。     

用于离子束辅助镀膜的两种模式端部霍尔离子源的比较

介绍了一种用于离子束辅助沉积光学薄膜的端部霍尔离子源的工作原理,并论述了端部霍尔离子源的离子能量、离子分布特性的测试方法;详细论述了电磁场和永久磁场两种模式下,端部霍尔离子源的工作稳定性、离子能量大小以及离子束分布特性的比较.     

两类鞍形线圈产生磁场均匀性效能的研究

以毕奥-萨伐尔定律在笛卡尔直角坐标下对两种鞍形匀场线圈进行数学建模,通过对两种轴对称线圈单组的数值分析得出线圈系统在径向磁场分布的一般特征,在理论计算获得线圈最佳结构下利用Matlab优化结构参数。对比了这两类鞍形线圈在轴上和空间立方体的磁场均匀区大小及与中心磁场的相对偏差。并给出了这两种线圈磁场相对偏差ε≤1%的有效匀场空间区域,为主动屏蔽系统的线圈类型选择提供了参考依据。     

多阳极束形可变的冷阴极离子源的放电特性的研究

研制了新型多阳极永磁冷阴极离子源,它可用于低能离子束辅助淀积、离子束刻蚀和离子束表面改性等领域。该新型离子源具有引出束形状、密度分布易于改变管制的优点,从而能预期离子束轰击靶面上的密度分布。本研究了几种多阳极结构,其单元阳极为矩形或圆形。论述了子阳极几何形状及它们的布局对放电的影响,阐明了放电特性与气压、磁场和阳极纵宽比的关系。中特别讨论了子阳极间沟道的作用。     

射频电感耦合离子源放电室内放电等离子体的二维磁流体模拟研究

为了研究平面盘香形射频离子源等离子体放电特性,对射频电感耦合离子源内的放电等离子体运用磁流体动力学建立二维磁流体模型进行数值模拟,得到了放电室内等离子体参数分布.结果发现电子由于受双极性电势的约束主要分布在放电室的中心,放电等离子体吸收能量的区域主要在放电室内距天线1 cm附近.对比电子的温度和离子密度分布,在低气压条件下,电子加热的区域和产生电离的区域是分开的,电子加热的区域出现在线圈附近,而最强的电离过程发生在双极性电势最高的位置附近.     

弱磁场对SnO2薄膜性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备了SnO2薄膜。实验中通过改变磁镜场的磁镜比和磁场大小,研究了弱磁场对SnO2薄膜方块电阻及电阻分布的影响。实验结果表明,随着磁比和磁场强度的增加,SnO2薄膜的方块电阻在降低,且电阻分布变得比较均匀;但是,当磁镜比超过5．5时,SnO2薄膜的电阻分布变得越来越不均匀。     

微型化阳极层推力器数值模拟与性能实验

本文采用粒子网格结合蒙特卡罗碰撞方法对微型化阳极层霍尔推力器进行数值模拟，同时开展微型化阳极层霍尔推力器放电实验，评估了该微型化阳极层霍尔推力器的工作性能。结果表明，微型化阳极层推力器放电稳定，且离子束呈现出聚束模式，其放电电压范围为300～1100V，比冲范围为234～2047s，推力范围为0.5～5.4mN。该研究可为进一步实现高效率、轻质化、高性能微型阳极层霍尔推力器优化设计提供一定的数据支持。     

电-磁场协同增强高功率脉冲磁控放电特性研究

研究电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术的放电特性。利用数字示波器采集Hi PIMS的基体离子电流用于表征其放电特性的变化。结果表明:当Hi PIMS电压由580增加到660 V时,随励磁线圈电流的增加,基体离子电流平均值单调增加;随辅助阳极电压的增加,基体离子电流平均值单调增加;随辅助阳极在真空室内的位置由与阴极靶成45°位置处变化为成180°位置处时,基体离子电流平均值单调减少。电-磁场协同增强Hi PIMS放电效应存在临界条件。当Hi PIMS电压为580 V、励磁线圈电流为4 A。仅阳极电压大于50 V时,电场和磁场产生协同增强放电效应。同时,当辅助阳极电压为70 V,仅励磁电流大于3 A时,电场和磁场产生协同增强放电效应。与常规Hi PIMS相比,电-磁场协同增强Hi PIMS放电时真空室内不同位置处收集的离子束流均显著增加。其中,当辅助阳极位于45°位置处时,在真空室内不同位置(与阴极靶成0°、45°、90°、135°以及180°位置)处的离子束流值最大。     

高电压阳极层霍尔离子源三维数值仿真与设计

对于阳极层霍尔离子源装置本身, 宽能、大束流、低气耗及低污染等指标是新一代装置的研发方向。基于拓宽装置放电电压范围的考虑, 针对装置现有结构, 进行了三维数值仿真建模。在现有装置的结构设计基础上, 对装置磁路及结构设计进行修改, 从而实现了对装置工作性能的提高。改进后的阳极层霍尔离子源放电电压范围在原有基础上扩展了50%以上, 放电电压上限可以达到3000 V。改进后的装置在高电压、低气压、小电流的放电条件下运行稳定, 仿真结果对装置的实际加工制造具有一定参考意义。     

基于霍尔离子源的小型化电推力器仿真设计

市场化、小型化将成为中国商业遥感卫星发展的主流趋势,但与之相应的小型化推进系统是制约小型商业遥感卫星应用的一大因素。从上述原因考虑,本文以现有技术相对较为成熟的阳极层霍尔离子源装置结构为基础,通过粒子网格结合蒙特卡罗碰撞方法的数值仿真手段,对不同结构的小型化装置放电性能进行预测,分析影响装置工作性能的关键因素,最终得到装置小型化设计依据,为适用于小型化商业遥感卫星的电推力器提供又一种选择。针对小型化霍尔推力器装置的数值仿真计算结果显示,装置结构小型化设计的难点在于由放电区域缩小造成的放电效率和工作性能的下降,可以通过增强内外磁极之间磁场或延长电子在内外磁极间振荡路径来解决上述问题。     

平行板反应离子刻蚀系统均匀磁场的数值计算

在平行板反应离子刻蚀系统的圆筒形腔体的侧壁上绕上电流线圈后,系统中的磁场强度和均匀性都可进行调节。本文根据螺线管线圈内部磁场的分布规律,通过数值计算的方法在该系统中获得均匀的磁场。     

不同磁感强度下LIPS-200离子推力器放电室性能的研究

离子推力器放电室内永久磁铁产生的磁场大小及分布对提高放电室放电效率和约束等离子体起着非常重要的作用。利用离子推力器性能模型并结合试验测得的束流离子生产成本,分析放电室内磁感强度大小对LIPS-200离子推力器放电室性能的影响。数值计算结果显示永久磁铁厚度增加1mm,放电室内的磁感强度从原来的5．0×10^-3～3．0×10^-2T增加至1．0×10^-2-5．0×10^-2T。理论分析结果显示磁感强度增加50％,原初电子平均约束时间增加49．9％、原初电子和中性气体之间的碰撞概率增加6．9％、离子损耗减小64％、束流离子生产成本降低18．1％、推进剂利用率提高7．4％。放电损耗、推进剂利用率与磁感强度大小呈线性关系。该研究能够为今后离子推力器设计提供一定的参考。     

端部中空离子源的磁路研究

研究了端部中空离子源的磁路设计.在简要叙述端部中空离子源的基本原理及其对磁场要求的基础上,考虑了在设计离子源磁路时的关键问题和解决方法,并给出了实验结果和分析结论.     

Optimization of magnetic field configuration for the production of Ar ions from RIKEN 18 GHz ECR ion source

We successfully extracted a 1.9 mAAr⁸⁺ ion beam and a 1 mAAr⁹⁺ ion beam from the RIKEN 18 GHz ECR ion source at the extraction voltage of 17 kV and the microwave power of 700–800 W. To obtain these intensities, we optimized the magnetic field configuration and the plasma electrode position.     

电磁场对阳极层霍尔推力器电离效率的影响

推力器的电离效率直接影响到推力器的功率、比冲以及推力等重要工作参数, 本文主要利用PIC模拟得到阳极层霍尔推力器放电等离子体的平均电子能量以及电子、离子数比率随电磁场变化规律, 由此分析电磁场对推力器电离效率的影响情况。由结果可知, 平均电子能量在放电电压750 V之前逐渐增加, 而后又降低;磁感应强度B小于170×10^-4 T时, 平均电子能量随磁场的增加而增加, 之后随磁场的增加而降低。在放电等离子体中离子的比率随着放电电压的增加而增加, 在800 V之后略有降低, 电子比率的变化和离子比率的变化是个相反的过程。随着磁场的增加离子数比率基本上是一个降低趋势, 而电子比率是逐渐增加的。通过平均电子能量、电子和离子比率与E/B之间的关系, 得到最佳E/B比值大约为1.6×10⁶ m/s。     

Numerical simulation of chainlike cluster movement of feeble magnetic particles by induced magnetic dipole moment under high magnetic fields

In this paper, the motion of a chainlike cluster of feeble magnetic particles induced by high magnetic field is discussed on the basis of the results of numerical simulations. The simulations were performed on glass particles with a diameter of 0.8 mm; and the viscosity, applied magnetic field and magnetic properties of the surrounding medium were changed. In addition to the magnetic field and the difference in magnetic susceptibility between the particles and the surrounding medium, the obtained results indicate that the viscosity is an essential factor for the formation of the chainlike alignment of feeble magnetic particles. We also carried out simulations using glass particles with a smaller diameter of 0.1 mm. Chainlike clusters were produced similar to those of ferromagnetic particles formed in a ferromagnetic fluid.     

Numerical simulation of chainlike cluster movement of feeble magnetic particles by induced magnetic dipole moment under high magnetic fields

Abstract

In this paper, the motion of a chainlike cluster of feeble magnetic particles induced by high magnetic field is discussed on the basis of the results of numerical simulations. The simulations were performed on glass particles with a diameter of 0.8 mm; and the viscosity, applied magnetic field and magnetic properties of the surrounding medium were changed. In addition to the magnetic field and the difference in magnetic susceptibility between the particles and the surrounding medium, the obtained results indicate that the viscosity is an essential factor for the formation of the chainlike alignment of feeble magnetic particles. We also carried out simulations using glass particles with a smaller diameter of 0.1 mm. Chainlike clusters were produced similar to those of ferromagnetic particles formed in a ferromagnetic fluid.