基于 CFDRC 的感应耦合等离子体离子数密度空间分布仿真

为研究感应耦合等离子体(ICP)沉积装置放电腔与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布的影响,基于商业软件CFDRC中等离子体与电磁场模块建立了ICP沉积装置2维放电模型。在典型的ICP反应器中,等离子体反应主要由电子、重粒子间的碰撞来决定。利用不带电的流体模型求解分子、原子和基团等中性粒子的动量和质量守恒方程,而对离子带电粒子,考虑电场力的作用来求解动量方程;电子通量密度的计算是通过求解漂移扩散近似方程而获得的。通过此方法仿真研究了典型工艺条件下(气压0.25 Pa,功率90 W,体积流量120 L/s)等离子体离子数密度的空间分布,对比了不同功率(20、60、90、150 W)、不同抽气体积流量(60、100、140、160 L/s)条件下放电腔内ICP等离子体参数的变化规律。模拟结果表明:离子数密度随体积流量的增加而大幅度增加,随功率的增加而缓慢增加;空间离子数密度峰值出现在放电腔中心区域,随体积流量的增大而逐渐下移。

光折变全息图的热定影及H^+数密度的影响

对 Ce∶ Fe∶ L i Nb O3晶体的体全息信息存储和热定影进行了理论和实验研究 ,从理论上分析了对不同空间频率的体全息图进行热定影所需的最小离子数密度 ,在国内首次对铌酸锂晶体中离子数密度进行了测试 ,并在不同的记录角度条件下进行了热定影实验 。

绝缘油离子迁移率的测试及其特性分析

为了正确测量绝缘油的离子迁移率并掌握其随温度的变化特性,重点研究了采用极性反转方法测量绝缘油离子迁移率,探究了电压幅值、极性反转时间对测量结果的影响;测量了3种绝缘油在不同温度下的离子迁移率变化特性,对比分析了不同标准和测量方法所得电导率结果的差异;此外,还对油均衡离子数密度和离子等效半径等重要参数进行了分析和讨论。结果表明,尽管几种不同商用矿物绝缘油具有较为接近的理化参数,但其离子迁移率和活化能大小却差别较大,且各项特性参数会因不同的活化能大小而在不同温度下表现出较大差异。

空气放电非平衡等离子体的模拟计算

基于空气放电非平衡等离子体动力学,对空气放电进行了数值计算,分析了放电后等离子体中的主要粒子(N2(v6),N2(A3),O2(a1),O和O3)数密度随起始温度、电子数密度和约化场强的变化趋势。计算结果表明,随着初始温度的升高,空气放电产生的粒子数密度增加。温度为300 K时,放电产生的O原子数密度最大值约为4.90×107cm-3,而当温度升高到400 K和500 K时,O原子数密度的最大值则相应地增加到5.2×1010cm-3和5.51×1010cm-3。约化场强的影响与温度类似,其中氮气的振动激发态N2(v6)数密度随约化场强的变化幅度不明显。电子数密度增加,粒子数密度大幅增加,氮分子的激发态N2(A3)粒子数密度与电子数密度保持严格的线性关系。

离子源内电子回旋共振等离子体诊断与分析

电子回旋共振离子推力器（ECRIT）离子源的内部磁场会干扰离子源内等离子体诊断,选择合理的诊断方法需要分析离子源特性,了解磁场对诊断结果的影响。为此,采用朗缪尔（Langmuir）探针诊断了离子源的等离子体信息,根据朗缪尔探针理论得到电子温度、电子数密度、离子数密度,根据Druyvesteyn方法得到电子温度、电子数密度。结合实验现象,对比了不同方法所得诊断参数差异,分析了诊断结果的准确性。诊断结果表明：诊断位置到轴线的径向距离〉10 mm后,离子数密度由3.0×1017 m-3增至1.8×1018 m-3,符合离子源的放电原理和实际的放电形貌;不同处理方法所得电子温度、电子数密度接近,电子温度诊断值范围是4~20 e V,电子数密度诊断值范围是（2.0~9.0）×1016 m-3。离子数密度诊断结果较电子数密度诊断结果准确;电子温度较低时,使用积分得到的电子温度更准确;平行于探针的磁场会显著降低诊断得到的电子数密度,探针收集面垂直于磁场可减弱磁场干扰。

太阳风磁帆推进性能数值研究

利用考虑行星际磁场作用的磁流体动力学模型,建立了磁帆三维数值模拟方法,对计算方法的可靠性进行了验证,发现了线圈尾部的磁重联现象,研究了太阳风来流速度、等离子体离子数密度以及攻角对磁帆推进性能的影响。得出以下结论:不同速度、不同离子数密度的太阳风主要通过改变z方向电流的大小改变洛伦兹力,进而影响磁帆的推进性能:太阳风离子数密度恒定时,随着来流速度由30 km/s逐渐增大至75 km/s,z方向电流最大值由4 205 A/m~2增至14 709 A/m~2,磁帆所受推力由3.39 N增至13.40 N;太阳风来流速度恒定时,随着离子数密度由1.8×10^(19) m^(-3)增大至4.5×10^(19) m^(-3),z方向电流最大值由6 039 A/m~2增至10 585 A/m~2,磁帆所受推力由6.62 N增至12.27 N。磁帆攻角变化,主要通过磁场构型的变化影响磁帆推进性能:攻角为0°和90°时的磁层半径分别为0.14 m和0.18 m,磁帆所受推力分别为6.62 N和11.03 N,由此推测实际应用中保持线圈轴线与太阳风来流方向平行,可获得更大推力。系统研究了相关因素对磁帆推进性能的影响,可为磁帆的推力调节研究提供参考和支持,对未来磁帆的深入研究具有重要的参考价值。

Ulysses观测的太阳风结构的三维MHD模拟

Ulysses是迄今为止第一次沿独特的日球纬度方向考察日球高纬度空间区域的飞船. 1994年9月～1995年6月首次从南极向北极的快速穿越过程中, 观测到子午面内太阳风除黄道面附近 ( 20o区域外, 高纬度区域存在大范围高速流. 以该期间具有一般性和代表性的Carrington 1893周的太阳源表面磁场及K-日冕亮度的观测为依据, 将太阳表面的特征结合到模式的初边值中, 用三维MHD模式模拟得到了与Ulysses的观测基本一致的太阳风结构. 结果表明源表面磁场和等离子体数密度的分布是形成这种结构的主要原因, 采用的三维MHD模式具有模拟子午面太阳风大尺度结构的能力.