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第一篇等离子体物理论文范文参考：质子诊断在高能量密度等离子体物理中的应用
质子诊断技术是目前高能量密度等离子体物理诊断技术的前沿技术,其研究对强场物理以及激光驱动核聚变研究都具有重要意义和应用价值.在基于激光技术的高能量密度物理研究中,通过对研究客体发出的质子束进行被动式诊断,可以给出等离子体本身的信息,如强场激光质子加速特性,激光等离子体面密度等；另一方面,激光产生的质子束作为探针可以用于高能量密度等离子体中各种电磁现象的诊断研究.本文围绕高能量密度等离子体物理的诊断,开展了激光加速质子束品质优化研究以及多项质子诊断方法的研究.
在激光质子加速诊断方面,介绍了激光加速质子的探测方法和探测设备.设计了一套质子能谱诊断范围0.1-20MeV的Thomson谱仪.通过磁铁结构和探测器排布的设计,可以实现更宽范围的能谱测量.并在星光Ⅲ装置上首次开展实验研究,获得了多种离子(质子,碳离子)能谱信号.
针对激光加速产生的质子束特性,为了实现更多的应用,同时也便于规律性质子诊断研究,开展了基于传统加速器技术的质子束品质优化研究.分别研究了四极磁铁组和RF腔对激光加速质子束能谱的优化,前一种方法获得了相对增强的单能质子,而后一种则可以获得绝对增强的单能质子；利用螺线管的高收集效率和RF腔的绝对单能质子增强,提出了一种组合螺线管和RF腔产生准直准单能质子束的方法；在上面方法的基础上,发明了一种光阳极质子源.该质子源具有能量可调的特点.
开展了主动式质子诊断技术,即质子照相技术研究.根据激光加速质子束的宽能谱特性,提出了啁啾质子束照相的概念,并在此基础上提出了两种时间分辨的啁啾质子照相方法,包括质子分幅照相和质子条纹照相.其中质子分幅照相可以获得二维的空间分辨,但是由于高能质子会在前面层RCF沉积能量,从而造成图像模糊；质子条纹照相只有一维的空间分辨,但是不存在高能质子造成的图像模糊,空间分辨率更高.开展了质子束对内爆过程的照相研究,分析了质子数量、能量等因素对照相效果的影响.开展了质子束对电磁孤立子的照相模拟研究,模拟结果显示可以通过质子分幅照相的结果给出孤立子演化速度.开展了质子束对电容线圈靶磁场的照相,模拟结果显示可以通过质子照相图内环半径的大小来判断线圈电流及磁场的大小,为进一步实验研究提供了理论指导.开展了质子照相和电子照相的比较研究,发现在*照相方法质子照相具有电子照相不可替代的特点,而利用多次小角度散射效应照相和对电磁场的照相上,可以采用电子照相来代替.
在聚变反应研究中,燃料压缩面密度以及压缩对称性都是影响点火成功的关键因素.在燃料压缩面密度的诊断方面,提出了在低质子产额情况下利用磁谱仪诊断和质子径迹尺寸共同判断质子信号的质子能谱诊断方法,获得了初步质子能谱信号,并推算得到了压缩燃料面密度信息.在压缩对称性诊断方面,为了实现低产额下的高空间分辨成像,提出了一种微型磁透镜对激光聚变芯部反应区直接成像的方法,完成了微结构磁透镜的参数设计和成像模拟验证,这种方法可以在同等质子产额条件下比编码成像有更高的空间分辨,同时接受立体角的增加,降低了对质子产额的要求.
第二篇等离子体物理论文样文：PVD和CVD过程中等离子体物理特性混合模拟及实验研究
基于等离子体技术的物理气相沉积(Physical Vapour Deposition, PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition, CVD)是目前低温制备薄膜材料最常用的方法,等离子体的物理特性对薄膜沉积速率和薄膜质量有直接影响.本文针对FJL560CI1型超高真空磁控与离子束联合溅射镀膜机和RF-500型化学气相沉积镀膜机,建立了容性放电等离子体的混合模型,包括波尔兹曼方程,一维流体动力学模型和MC模型,并对Ar等离子体和CH4等离子体进行了求解.另外,设计制作了朗缪尔探针、法拉第探针和法拉第离子能量分析器,对Ar等离子体进行了实验测试,并对混合模型模拟结果进行对比验证.
通过求解利用Lorentz近似方法简化的波尔兹曼方程分别对直流稳态电场和射偏电场下Ar等离子体中电子的能量及其分布特性进行了模拟计算,结果表明,在高电场时电子能量呈直线形式的Maxwellian分布,而在低电场时呈类似抛物线的Druyvesteyn分布,放电压力对电子能量分布形式的影响不明显.汤生放电时,电子平均能量最大值约为11eV,电子电离率系数随电子平均能量的升高逐渐增大,最大电离率系数在10-14m3s-1量级.放电压力为27Pa时,电子的迁移率系数和扩散率系数分别为μe≈107m2V-1s-1,De≈690m2s-1.射频放电时,电子平均能量和电离率系数的变化规律与汤生放电相同,但电子输运系数呈明显的时空不均匀分布.朗缪尔探针的测试结果表明,强电场时电子能量呈Maxwellian分布,随着放电功率的增大或放电压力的升高,电子平均能量均逐渐减小.
通过求解一维流体动力学模型对射频容性Ar等离子体的特性进行了模拟计算,结果表明,在ωt≈π/2时刻接地极板附近和ωt≈3π/2时刻电源极板附近的鞘层区域,电场强度较高,鞘层厚度最小,电子平均能量和电子反应的电离率系数也较高,电子密度周期变化剧烈,而离子密度相对稳定.随着放电压力升高,等离子体密度增大,鞘层厚度逐渐减小；随着放电电压增大,等离子体密度增大,鞘层厚度逐渐增大；随着自偏压增大,等离子体密度减小,鞘层厚度逐渐增大.用法拉第探针以电流密度的形式测试了等离子体密度,结果表明随着放电压力升高或放电电压增大,离子电流密度增大,亦即等离子体密度增大,与流体动力学模型的计算结果相同,也证明了该模型的正确性.
通过MC模型对射频容性Ar等离子体中离子入射的能量及其分布特性进行了模拟计算,结果表明,放电压力低时,高能量离子分布较多,且在高能区域分布曲线呈*形式,离子入射的角度较小；放电压力高时,低能量离子分布较多,能量分布曲线偏向于低能量区域,且高能峰消失,离子入射角度增大；放电电压升高,离子能量分布曲线向高能区域移动,能峰之间的距离变长,角度分布曲线向小角度区域移动；随着自偏压升高,入射离子的能量增大,能量分布曲线向高能量区域移动,能峰间距变化不大,离子入射角度减小.法拉第离子能量分析器的测试结果表明,低放电压力时,离子能量较高且在高能区域呈*形式,高放电压力时,离子能量较低且能量分布高能峰消失.
根据CH4等离子体中电子的化学反应将波尔兹曼方程扩展,并对射频容性CH4等离子体进行了模拟计算,结果表明,CH4等离子体中电子能量分布规律与Ar等离子体相同,即在高电场时呈Maxwellian分布,而在低电场时呈Druyvesteyn分布.电子反应的电离率系数和分裂率系数之和均在10-14m3s-1量级,放电压力为18Pa时电子的输运系数μe≈600m2V-1s-1,De≈1300m2s-1.
根据CH4等离子体中电子、离子、激发态粒子的化学反应将第三章的流体动力学模型扩展,并对射频容性CH4等离子体进行了模拟计算,结果表明,CH4等离子体中电势／电场、等离子体密度的时空分布规律与Ar等离子体相同,激发态粒子空间变化不明显；CH3、C2H5、C2H5+、CH5+是CH4等离子体中的主导粒子,对基片上薄膜的生长有主要贡献.
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第三篇等离子体物理论文范文模板：双频容性耦合等离子体物理特性的混合模拟
双频容性耦合等离子体(dual-frequency capacitively coupled plasma DF-CCP)源是半导体工业中重要的刻蚀设备,由于其可以产生大面积均匀的等离子体,通过调节高、低频源的放电参数可以有效地控制等离子体密度与离子能量、角度分布,并且结构简单成本较低,符合工业生产上的要求,双频CCP源被广泛应用在新一代的半导体刻蚀机的生产上.双频CCP源中的各物理参量(如:密度、电势、电场、离子能量与角度分布等)以及其中的物理过程对等离子体刻蚀工艺有着直接的影响,有必要对其进行深入细致的研究.而传统的理论模型分别存在着计算精度不高,计算效率较低等缺陷,无法实现对双频CCP中的物理过程进行快速准确的求解.为此,本文采用流体力学-蒙特卡洛混合模型对双频CCP中的物理过程进行全面的研究.该模型在整个放电区采用流体方法进行快速求解,在鞘层区采用蒙特卡洛方法得出入射到极板上各种粒子的能量与角度分布,既提高了计算速度又保证了计算的精度.
在第二章中首先采用一维的流体力学模型对刻蚀工艺中所关心的等离子体密度分布,鞘层区的鞘层电位降进行了研究.发现等离子体密度主要受高频电源的控制,提高高频电源的频率、电压幅值与增加放电气压均能有效的提高等离子体密度.低频电源对等离子体密度的影响很小,只有当低频频率较高,高、低频电源产生相互耦合时,提高低频频率可以增加等离子密度.在鞘层区由于电子与离子密度出现差异,使得该处的电场明显增强,电子受到鞘层电场的作用获得很高的能量,使得电子温度在鞘层区有所升高.
在第三章中采用一维的混合模型对双频CCP的Ar放电进行了模拟,对入射到极板上的离子和高能中性粒子的能量与角度分布进行了研究.双频CCP的离子能量分布呈现出多峰结构,随着放电气压的减小,轰击到基片上的离子能量显著增加.两个射频电源的参数也对离子能量分布有着显著的影响.在一定的电压幅值下,减小低频源的频率,可以使更多的离子有效的被低频电源加速,使得轰击到基板上的离子能量显著增大.通过增大施加在低频源上的电压幅值可以使得离子在穿越鞘层的过程中获得更多的能量,轰击到极板上的离子能量显著增加.随着高频源频率的增加,离子的碰撞效应减小.离子角度分布在小角度区域存在明显的峰值,多数离子以小于3°,的角度垂直入射到极板上,增加低频电压与高频频率均能使更多的离子以小角度入射.高能中性粒子与Ar原子间的碰撞效应占主导地位,入射到极板上的高能中性粒子能量小于离子能量,且入射角度远大于离子入射角度.最后,我们对混合模型得出的离子能量分布进行了实验验证,发现能量分布中的能峰位置、宽度以及能量平均值与实验测量的结果基本符合,随着放电参数的改变,理论计算与实验测量结果的变化趋势也基本相同.
在第四章中对实际刻蚀工艺上应用的CF_4反应性气体进行了一维的流体力学—蒙特卡洛混合模拟.结果表明:在其放电产物中,F占较大的比重,其密度远大于电子密度,只比CF_3~+的密度稍小.由于受到鞘层电场的约束作用,负离子主要分布在等离子体区内,在鞘层附近负离子密度迅速下降,电子密度在鞘层边缘处接近正离子密度,由双极扩散形成鞘层电场.CF_4放电中正离子低能峰所对应的能量更高,并且在低气压下,低能区(0-100eV)的离子分布几乎为零.对于不同种类的离子,其能量分布曲线也各不相同,质量较低的离子由于穿越鞘层时间较短,容易受到瞬时的高频电场影响,使得其能量分布在*的基础上出现多个次级小峰,而质量较大的离子受高频电场调制不明显,没有次级峰的存在.模拟结果同时显示了离子能量分布也会受到化学活性的影响,活性较高的CF_3~+离子,最容易与其他活性粒子发生化学反应生成其他种类的离子并造成能量损失,因此入射到极板上CF_3~+的能量相对较低,F~+由于发生化学反应的几率相对较小,不容易与其他种类粒子发生化学反应损失能量,因而保持了较高的能量.
在第五章应用二维混合模型对CF_4放电进行了模拟,主要考察了等离子体放电在径向和轴向的二维特性以及装置的几何尺寸对等离子体参量的影响.结果表明,等离子体鞘层区在极板与侧壁处的特性并不相同,在侧壁处由于受射频源影响较小,鞘层主要由双极扩散机制形成,鞘层较薄,径向电场的强度较小.在上下两个极板附近,受到射频电场的影响,鞘层区的厚度明显增加,轴向电场的强度要远大于侧壁处的径向电场.离子能量分布在整个电极区域内基本保持不变,只是在电极的边界处受到不同方向电场的影响而稍有不同,离子通量在电极区域内呈均匀分布,在电极边缘与侧壁的区间内,由于电场强度减小离子通量迅速衰减.离子角度分布随径向的变化更为明显,在电极的中心区域,入射离子角度分布并没有明显的变化,但是在电极的边缘处,由于受到较强径向电场的影响离子的入射角度明显增大,绝大部分离子以更大的角度入射到电极上.
第四篇等离子体物理论文范例：直流电弧等离子体发生器的数值模拟及电子束离子阱物理研究
本论文共分两部分.
直流电弧等离子体发生器作为一种高效而且干净的热源,被广泛地用于切割、焊接、喷涂、冶金、化工和废物处理等工业领域,以及材料、航空航天的科学领域.对这种等离子体发生器的物理过程研究和数值模拟有助于我们更好地优化和设计出适合各种运用场合的等离子体炬.在论文第一部分,我们详细地讨论了等离子体炬内的物理过程,对描述等离子体流体的磁流体力学(MHD)理论及其数值计算方法进行了详细地介绍,以计算机数值模拟为手段对PRAXAIR公司的SG-100系列中的几种典型等离子体发生器及其产生的等离子体射流进行了较为系统地研究.研究了二维以及三维等离子体流动情形,等离子体射流喷射到不同环境气体情形,超声速等离子体流动情形,以及不同的阳极形状的等离子体发生器(标准阳极形状、收缩-发散型阳极形状以及阶梯型阳极形状)内部的等离子体流动特性.数值模拟覆盖非常宽的参数范围及运用领域.其中在三维等离子体发生器的数值模拟方面,我们结合Scott的简化阳极模型提出了假定阳极壁面电导率分布的方法有效地抑止了数值发散,得到有效地合理地数值解,理论预言和实验结果相当吻合.对等离子体炬进行参数研究发现,尽管增加等离子体电流和增加等离子体进气量都会增加等离子体炬的输入功率,但是两者所起到的作用完全不同,此外,通过比较不同阳极形状的等离子体炬内部等离子体流动特性发现,不同的阳极形状的等离子体发生器可以产生不同特性的等离子体射流,而且在等离子体炬内部,湍流对等离子体流体的影响也有着很大的不同,研究表明湍流的影响和阴极下游附近的阳极尺度相关,阴极下游附近的阳极尺度越大,湍流的影响也越大. 电子束离子阱(EBIT)用磁场中高度压缩的高能电子束来电离离子(原子)以获得高价态离子,它可以产生元素周期表中任何元素任何价态的离子,并且能够在EBIT中的强磁场和静电势阱中约束足够长的时间.在论文第二部分,我们详细讨论了Penetrate所提出的用来描述高价态离子在电子束离子阱中演化的物理模型,并在Penetrate所提出的物理模型基础上做了部分修正,修正后的物理模型考虑了漂移管的几何位形、电离加热以及电子束的空间电荷累积的影直流电弧等离子体发生器的数值模拟及电子束离子阱物理研究响,利用修正后的物理模型,对高价态离子在EBI下中演化过程进行详细地数值模拟.研究了不同轴向势阱深度、电子束电流强度以及本地气体密度对平衡时高价态离子相对丰度的影响.并且对LLNL实验的高价态氢离子在E曰丁中随时间演化过程的模拟,理论计算和实验结果吻合的很好.第五篇等离子体物理论文范文格式：滑动弧放电等离子体降解芳香烃类有机污染物的基础研究
随着工业生产的发展和生活质量的提高,人类在生产和生活过程中不可避免地排放出各种污染物,对环境造成了各种不同程度的威胁.其中,由于芳烃类有机污染物对环境的污染尤为严重.各国科学家正在研究不同的技术对这类污染物的排放进行控制.相对常规方法,非平衡等离子体技术具有其独特的优点：能提供大量的高能电子,各种活性自由基,紫外线等.因此这种技术受到广泛关注,被视为环境治理的潜在技术之一.本文将一种新型的非平衡等离子体技术——滑动弧等离子体技术用于三类芳烃类污染物的降解.在充分认识滑动弧等离子体的基本物理特性基础上,研究利用其降解多环芳烃、1,2-二氯苯和飞灰中二恶英的过程,认识这些污染物的降解机理.本文的主要研究内容如下：
(一)对研究相关背景和相关知识的文献综述.分别介绍了论文中的处理对象多环芳烃,氯苯和二恶英的基本物理化学性质,对环境的危害以及现有的处理方法.另外,对等离子体的定义和分类,非平衡等离子体的发生方式,以及非平衡等离子体技术在环境治理方面的应用进行了介绍.最后,对本文中所使用的滑动弧等离子技术的研究报道进行了充分综述,包括其物理化学特性,其在环境治理和能源转换,材料处理等方面的应用等.
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(二)滑动弧等离子体的物理特性研究.分析滑动弧放电在不同工作条件下的电参数特性.并通过利用快速傅立叶变换方法分析电压信号获取等离子体的脉动的频率特性.利用光栅光谱仪检测了不同实验条件下的滑动弧放等离子体中的发射光谱,检测了在不同的气氛下,滑动弧产生的主要自由基,以及在反应器中自由基的轴向分布.另外,对新近发展龙旋风滑动弧反应器的工作特性进行了研究.分析了在不同实验工况下的电参数特性；研究了在不同流量配置下等离子体物理特性的变化,并基于以上分析总结了龙旋风滑动弧等离子体反应器的三种工作模式,找到了稳定的工作模式.
(三)利用滑动弧等离子体降解多环芳烃的研究.首先以萘为降解对象,研究了等离子体发生电路外部电阻、载气种类和萘的初始浓度对降解过程的影响.结果表明萘的降解率最高可达92.3%.降解率随着氧气浓度的增加而增加,随着外部电阻减小而增加.能量效率最高可达3.6g/kWh.降解能量效率随着外部电阻增大而明显增大.另外,检测了在不同气氛放电中的降解产物,通过分析降解产物分析萘在不同气氛放电中降解的主要机理.为了提高处理多环芳烃过程的能量效率,本文还研究了利用滑动弧同时脱除多种多环芳烃(二氢苊、芴、蒽和芘)过程.
(四)臭氧辅助滑动弧等离子体降解1,2-二氯苯的研究.分析滑动弧等离子体工作条件中的关键参数对1,2-二氯苯降解过程的影响.结果表明,1,2-二氯苯的降解率相对偏低,当外部电阻为50kΩ,载气为氧气时,降解率最高可达74.1%.通过检测在不同气氛下的主要降解产物,研究1,2-二氯苯的降解机理.为了提高1,2-二氯苯的降解率,本文利用臭氧辅助滑动弧对1,2-二氯苯进行降解.研究了臭氧在等离子体区域和后等离子体区域的作用以及气氛对这种新方法的影响.结果表明,只有在氮气和氧气等离子体放电下,在后等离子体区域同入臭氧才能够提高1,2-二氯苯的降解率.
(五)利用龙旋风滑动弧反应器降解垃圾焚烧飞灰中二恶英的研究.当载气为氧气时,飞灰中二恶英的降解率达到最高,二恶英的质量降解率为67.7%,毒性当量降解率为72.3%,降解后飞灰中的二恶英浓度为638pg-TEQ/g,尾气中二恶英的浓度为342pg-TEQ/Nm3.通过分析处理前后飞灰和尾气中二恶英同系物的分布以及飞灰表面形态变化,初步提出飞灰中二恶英的降解途径：一是等离子体直接作用于飞灰表面,实现二恶英的降解.二是飞灰中二恶英挥发之气相中,通过与等离子体中的高活性基团发生气相反应,实现降解的过程.
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等离子体物理引用文献:
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