低温磁化螺旋波等离子体探针诊断

发布时间：2020-04-21 04:37

【摘要】：等离子体与材料之间的相互作用是一个非常复杂的过程,涉及许多元素(分子,原子,离子)与材料的相互作用。在这个过程中,等离子体微观粒子的差异(例如不同的输运特性、化学活性等)会影响等离子体的表面改性效果。这些差异的影响因素很多,例如放电功率、气体种类、工作气压等。在不同的等离子体装置中,这些因素往往需要综合讨论。只有对等离子体参数进行诊断,才能找到等离子体参数及它们的处理效果之间的定性关系,才能更好地分析等离子体与材料相互作用的机理。而在磁化等离子体中,外加磁场往往可以实现对等离子体微调、约束、优化作用。但同时,由于磁场的存在,在等离子体中会有一些新的现象,例如螺旋波等离子体(HWP)放电装置中,螺旋波天线附近射频波和磁化等离子体非线性耦合过程中造成的空间磁场波动现象。因此,除了放电功率等因素外,还需要研究磁化等离子体中的磁场信号,包括振幅和相位等。本论文运用朗缪尔探针、质谱能谱分析仪(EQP)对Ar螺旋波等离子体放电参数进行诊断,介绍了HWP在高磁场条件下(高达0.5T)稳态放电的结果,研究了射频功率对螺旋波放电的影响,以及螺旋波放电过程中与磁场的关系。研究了在不同磁场条件下,HWP参数的变化。结果表明靠近源区的电子密度(n_e)更高,电子温度(T_e)随磁场(B_0)的增加线性增加,随着射频反射功率(P_(rf))的增加,天线的有效阻抗急剧增加。这意味着,相对于纯感应耦合等离子体(ICP)放电,HWP耦合效率更高。在P_(rf)为1500W时,随着B_0的变化,n_e与B_0先是呈线性增长关系,随后随着B_0的增加而急剧下降,最后趋于饱和。n_e的半高宽(FWHM)随着B_0的增加而增加,表明等离子体径向约束的增加。而T_e在B_0较低时,随B_0的增加而缓慢下降,而在B_0较高时则与n_e有着相似的变化趋势。通过EQP对Ar HWP的离子能量进一步分析表明,Ar螺旋波放电中产生的双电层(DL)加速Ar离子,使得其在DL的下游形成离子束。此外,本文设计并研制了磁探针和发射探针,并用发射探针在实验室已有的螺旋波等离子体放电装置中进行了测试。初步得出,随着加热电流的增大,钨丝发射电子增多,I-V特性曲线与横轴的交点向右移动,同时,I-V特性曲线的过渡区也变得更加陡峭。这表明,更高的加热电流更容易得到I-V特性曲线的拐点。
【图文】：

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磁化螺旋波等离子体探针诊断第一章绪第一章绪论低温磁化等离子体研究背景等离子体是由电子，离子和中性粒子组成的整体呈电中性的物质状态，是物第四态[1]。等离子体广泛存在于宇宙及人类活动中，例如霓虹灯、等离子体极光现象等。由于等离子体独特的物理性质及化学性质，因此越来越多的科对其展开了深入的研究工作。

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应用中有着诸多用途。究与磁约束核聚变、空间推进器、等离10]。上世纪中旬，磁约束核聚变的研等基础物理问题，，各国开始研发一些对等离子体微调、约束、优化作用。这离子体可近性，因此对进一步研究基子体放电置中，许多方法可用于产生等离子体世纪的八十年代，一种新型磁化射频为人们所关注。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53

【参考文献】