金属目标表面气体放电单元放电过程的PIC-MCC模拟

对目标表面的浮地导体边界的存在及其对单元气体放电过程所产生的影响进行了研究,针对导体边界条件,应用高斯定理和电荷守恒定律推导出这种边界条件的数值处理方法,得到了有界等离子体空间电势的数值分布。电场的数值计算表明,浮地导体的电势随着内部场的变化而变化,其大小介于两个电极的电势之间,对放电区域的电场分布产生较大的影响。对金属目标表面放电单元的放电过程的PIC-MCC模拟结果表明,浮地导体的存在能够改变放电空间的电场结构,形成不均匀场,有利于气体的电离和等离子体区域的形成,同时将使虚阳极所形成的电势平台在边界附近下陷,导致等离子体壳层的厚度变小。

离子引出的二维PIC-MCC模拟

为探索用于原子蒸气激光同位素分离 (AVLIS)的简单有效的离子引出方法 ,用二维 particle in cellwithMonteCarlocollision(PIC MCC)模拟比较了多种方法 :平行板电场法 ,Π型电极法 ,改进M型电极法 ,radiofrequency(RF)共振法 .模拟发现 ,磁场为零时的RF共振法不论从离子引出时间还是从碰撞损失率看都是几种方法中最好的 ;其次是改进M型电极法 .Π型电极法的模拟结果与 2维电子平衡流体模型的结果相差悬殊 .RF共振法在有无磁场的不同条件下 ,有着相当大的差别 .磁场为零时 ,模拟中出现了强烈的共振 ;而在弱磁场条件下 ,模拟中没有发现明显的共振现象 .这个结果与弱磁场条件下 1维的PIC模拟中相当强的共振完全不同 .就实际应用来看 ,磁场为零条件下的RF共振法和改进M型电极法各有优缺点 。

介质阻挡放电等离子体的PIC-MCC数值模拟

通过PIC-MCC离子模拟方法,使用有限差分法数值求解了氦气介质阻挡放电数学模型中的泊松方程,并计算了电场、离子密度、电子密度等内部参量随时间的变化。模拟表明,外加电压至着火电压时,空间就形成电场,发生电子雪崩效应,产生等离子体放电过程,离子数呈现出指数增长;放电结束后,稳定在固定值范围并在介质板上聚集。随着放电的进行,电子达到一个峰值后迅速减少逐步趋于零。并对介质阻挡放电的微观机理作了初步探讨。

圆柱电极激光触发开关击穿前的模拟计算

在加入SF6气体与电子的碰撞反应截面后,利用基于PIC-MCC方法的XOOPIC程序,对天光Ⅰ号激光装置预放大器上的圆柱电极激光触发开关进行击穿前流柱形成过程的模拟计算。详述了模拟条件的选择及激光触发条件的等效,并给出了模拟结果。模拟结果表明,在弧道初始半径约为250μm的条件下,经过0.15 ns后正离子到达阴极,开关导通。因此验证了通过PIC-MCC方法模拟,可以为开关弧道的电阻的动态变化的电路模拟给出初始条件,使之能够更为准确的预测开关的导通行为,为开关设计提供了一个新的工具。

轴对称真空二极管空间电荷限制流

基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法,模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况,同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现,真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加,而后出现振荡并趋于一个稳定状态;二维空间电荷限制流密度值随阴极发射半径的增大而减小,且阴极发射半径越大越接近一维空间电荷限制流值。

电磁辐照金属铝膜材料释气效应研究

为研究空间环境中通用航天器表面覆盖的热控层电磁辐照效应,采用粒子模拟(PIC)和蒙特卡罗(MC)模拟相结合方法,建立了真空环境下电磁辐照航天器热控材料模型,模拟了场致电子发射、次级电子倍增、释气雪崩电离的全过程,并讨论了释气密度对热防护材料表面产生释气电离现象的影响。通过对比不同释气密度下该过程产生的电子和离子情况,获得热防护材料表面释气产生雪崩电离的阈值。模拟结果表明,当铝膜表面气体密度较小时,由于材料表面释气碰撞电离概率偏低而不会发生雪崩电离;只有当释气密度超过阈值时,材料表面释气碰撞电离过程加强,材料表面发生雪崩电离生成等离子体,等离子体吸收电磁波能量,其离子和电子总能量提升,可能对金属铝膜材料造成损伤。