空心陰極虛火花放電初始電離過程的PIC-MCC模擬研究.pdf

1、空心陰極放電具有一些獨(dú)特的電光學(xué)特性，如噪聲低，穩(wěn)定性好，激發(fā)能量高，離子濺射作用強(qiáng)，高能電子束多，放電氣壓低，電流電子束大，能產(chǎn)生銳線光譜等。由于這些優(yōu)點(diǎn)，空心陰極放電被廣泛應(yīng)用于等離子體加工(離子蝕刻、薄膜沉積、表面處理)、氣體激光、電子槍、光源光譜分析等科學(xué)研究及技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。 在整個(gè)空心陰極放電過程中，其初始階段占有十分重要的地位，它直接關(guān)系到放電電流的穩(wěn)定性、脈寬、幅值和開關(guān)時(shí)間等重要參數(shù)。對(duì)該階段，目前國內(nèi)外的研究多

2、集中于穩(wěn)態(tài)，研究電離過程的文獻(xiàn)很少。而研究該階段電離過程的細(xì)節(jié)，對(duì)于探索放電的物理本質(zhì)，改進(jìn)放電的物理特性有非常重要的意義。但是由于該階段時(shí)間極短，物理參量不易捕捉，使得深入研究放電過程不易。為深入研究空心陰極內(nèi)的虛火花放電的初始過程，探究其電離本質(zhì)，有必要獲得大量微觀粒子的全面信息，包括其能量、密度、運(yùn)動(dòng)軌跡等。因此，采用粒子模型的方法是必要的。本文采用粒子模擬結(jié)合蒙特卡羅的方法，應(yīng)用準(zhǔn)三維靜電模型，詳細(xì)描述了空心陰極內(nèi)虛火花放電初始

3、過程的演化步驟，并初步探討了該過程中的一些本質(zhì)機(jī)理。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下： 1.采用粒子模擬結(jié)合蒙特卡羅碰撞(PIC/MCC)方法，以帶電粒子和靜電場(chǎng)的相互作用和粒子間的碰撞為主體，在圓柱坐標(biāo)系下建立了空心陰極初始放電階段的物理模型并對(duì)其進(jìn)行了理論分析；采用PIC方法描述帶電粒子和靜電場(chǎng)的相互作用，MCC方法描述粒子間的碰撞。 2.以理論分析得出的差分公式為基礎(chǔ)，用開發(fā)平臺(tái)Compag Visual Fortra