微波电子回旋共振等离子体数值模拟

摘要

等离子体物理是能源科学、空间科学和材料科学等许多领域的理论基础。在这些领域里，一直在研究如何产生所需要的等离子体。随着各领域应用技术的飞速发展，人们迫切期望采用低气压，高密度等离子体加工技术，通过借鉴热核聚变中等离子体产生原理，产生并发展了微波电子回旋共振等离子体。 本文以大连理工大学三束材料改性国家重点实验室微波电子回旋共振等离子体装置为背景，运用电动力学理论，建立了磁场线圈产生磁场的数学模型；运用等离子体磁流体力学理论，建立了微波电子回旋共振等离子体的数学模型。在建立模型中，根据装置的特性作了轴对称假设；用三维Simpson数值积分公式数值计算了磁场和共振区，分析了磁场线圈中电流强度的大小对磁场及共振区的影响；用有限差分法数值求解了等离子体满足的微分方程初边值问题，分析了磁场线圈电流、气体压强和微波功率对等离子体中各物理量随时间演化及空间分布的影响。 第一章主要介绍了等离子体的概念及等离子体产生，低温等离子体的研究进展，微波电子回旋共振等离子体的研究、应用及发展等； 第二章介绍微波电子回旋共振等离子体技术的相关情况，包括微波电子回旋共振等离子体源装置及其特点、原理和模拟方法等； 第三章给出了微波电子回旋共振等离子体数学模型，包括基本方程、无量纲方程、初始条件、边界条件及参数的选取等； 第四章给出了磁场和共振区数值模拟的结果，分析了磁场线圈中电流强度的大小对磁场及共振区的影响； 第五章为等离子体的模拟结果及分析；包括电子、亚稳原子密度及电子温度模拟结果，微波功率对等离子体密度的影响和电子密度随时间的演化等。 最后对本文的工作做了总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1等离子体概述

1.1.1什么是等离子体

1.1.2等离子体的产生

1.1.3等离子体的研究

1.2低温等离子体简介

1.2.1低温等离子体研究的进展

1.2.2低温等离子体发生器及数值模拟

1.2.3低温等离子体展望

1.3微波ECR等离子体的研究、应用及发展

1.3.1微波ECR等离子体的研究

1.3.2微波ECR等离子体的应用

1.3.3微波ECR等离子体的发展

1.4本文的主要研究内容即编排

2微波ECR等离子体技术

2.1微波ECR等离子体源装置及其特点

2.2微波ECR等离子体原理

2.3微波ECR等离子体数值模拟方法

3微波ECR等离子体数学模型

3.1模拟对象

3.2基本方程

3.2.1磁场的物理模型

3.2.2等离子体的物理模型

3.2.3无量纲化方程

3.3初始条件及参数的选取

3.4边界条件

3.5模拟方法简述

4微波ECR等离子体的磁场和共振区

4.1磁场强度的模拟结果

4.2电流变化时磁场模拟结果

5等离子体的模拟结果及分析

5.1电流、压强变化时密度、温度模拟结果及分析

5.2稳态时密度、温度模拟结果及分析

5.3微波功率对等离子体密度的影响

5.4电子密度随时间的演化

结论

参考文献

攻读硕士学士期间发表学位论文情况

致谢