脈沖源激發(fā)射頻容性放電非線性振蕩的PIC模擬.pdf

1、負(fù)氫離子源因具有高中性化效率，低表面充電等特性，在磁約束核聚變、高能物理、半導(dǎo)體刻蝕、材料改性和納米材料制各等領(lǐng)域獲得了重要的應(yīng)用。在核聚變方面，基于負(fù)氫離子源的中性束注入是下一代托卡馬克裝置，如國際熱核聚變實(shí)驗堆(ITER)必不可少的輔助加熱手段。
　　負(fù)氫離子源有表面和體積兩種生成機(jī)制，基于體積產(chǎn)生機(jī)制的負(fù)氫離子源具有不需要運(yùn)行維護(hù)，可長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單造價低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此是以發(fā)電為目的的磁約束核聚變堆的理想選擇。但目前負(fù)

2、氫離子體積源產(chǎn)生的負(fù)氫離子濃度還很低，距離要求相差甚遠(yuǎn)。
　　從體積機(jī)制出發(fā)，負(fù)氫離子的產(chǎn)生首先需要大量的高能電子將氫分子激發(fā)到高振動態(tài)，而在射頻放電中高能電子的濃度通常都較低，但如果在射頻源維持放電的基礎(chǔ)上，額外疊加高短脈沖源可提高電子的能量以及高振動態(tài)氫分子的產(chǎn)生率，特別是脈沖源剛關(guān)閉一段時間內(nèi)，電子平均能量出現(xiàn)明顯的振蕩。本論文應(yīng)用一維靜電PIC-MCC方法模擬低氣壓下射頻和脈沖雙源聯(lián)合驅(qū)動的容性耦合氫氣放電，探究這種振蕩的

3、物理機(jī)制，即額外的脈沖源促使放電空間中帶電粒子重新分布，形成很強(qiáng)的空間電場來平衡外加強(qiáng)電場，脈沖源關(guān)閉時，強(qiáng)的空間電場作為恢復(fù)力和空間電荷相互作用，使得電子呈現(xiàn)類似于簡諧運(yùn)動的振蕩，且這種振蕩在鞘層附近的等離子體區(qū)域最強(qiáng)，由于電子往返運(yùn)動過程中伴隨著非彈性碰撞，等離子體中儲存的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，電子的振蕩被阻尼，隨著時間推移越來越弱直到消失，此振蕩的實(shí)質(zhì)是等離子體振蕩，電子集體振蕩頻率約等于等離子體頻率。此外，改變脈沖源的上升沿、坪區(qū)和