Автореферат (1103130), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На основе двумерного моделирования был проведен анализ полученныхэкспериментальных результатов. В соответствии с поставленной задачей модель,описанная в Главе 2, была модифицирована, в части граничных условий.Граничные условия для потенциала, описываемого уравнением Пуассона,следующие.
Наружная стенка рабочей камеры заземлена (φ=0), а на внутреннем электродепотенциал задавался, и определялся напряжением на электроде.13Граничные условия для заряженных частиц плазмы, описываемых баланснымиуравнениями, заданы выражениями для их потоков на стенки центрального электрода икамеры:Потоки электронов и ионов i-го сорта на стенку состоят из двух составляющих:диффузионной, и дрейфовой. ЗдесьTeiиTp- тепловые скорости электронов и ионов настенке, n – единичный вектор, перпендикулярно направленный к поверхности электрода(нормальный вектор).
Соответствующая температура электронов на стенке былавычислена с помощью уравнения Больцмана, а температура ионов на стенке равна газовойтемпературе. Коэффициентстенки, т.е.и, если вектор постоянного поля E направлен в сторону, если.Концентрация всех нейтральных возбужденных частиц плазмы на стенкеполагалась равной нулю. Поток на стенку невозбужденных атомов водорода в плазмеравентепловому(диффузионному)рекомбинационной гибелипотоку,умноженномунавероятностьих:.Вероятность рекомбинационной гибели атомов водородана меди (антенна)принималась равной 0,05.
Эта величина лежит в диапазоне значений (0,02-0,1),приведенных в [28]. Вероятность рекомбинационной гибели атомов водорода на стенкахкамеры из нержавеющей стали принималась равной 0,1 [29].На рисунках 8, 9 показаны результаты двумерного моделирования, полученные приразличных значениях потенциала электрода относительно камеры: положительном,отрицательном и нулевом.Из рис. 8, 9 видно, что приложенное постоянное напряжение изменяет структуруразряда. Были проведены измерения интегральныхпо радиусуаксиальныхраспределений интенсивности излучения линии H в разряде при разных постоянныхнапряжениях и было показано, что при отрицательных напряжениях на электроде сувеличением напряжения интенсивность изучения возрастает во всем объеме, а приположительных напряжениях изменения интенсивности незначительны.Для сравнения с результатами экспериментов были построены аксиальныераспределения параметров разряда.
Разряд является аксиально симметричным, и длясравнения результатов расчетов пространственных распределений с интегральными вдоль14лучазрениярезультатамиизмерений,необходимоиспользоватьинтегральноепреобразование Абеля. Полученное таким образом расчетное аксиальное распределениеинтенсивности излучения Hα при разных напряжениях на антенне показано на рис.
10.Рис. 8.Двумерные распределения рассчитанных концентраций электронов, нормированных накритическое значение, в ЭМД при разных значениях потенциала на электроде при полномдавлении 1 Торр и падающей мощности 30 Вт. а) потенциал –10 В, б) потенциал 0 В, в)потенциал +10 В.Рис. 9. Двумерные распределения рассчитанных СВЧ полей при разных значенияхпотенциала на электроде при полном давлении 1 Торр и падающей мощности 30Вт. а) потенциал –10 В, б) потенциал 0 В, в) потенциал +10 В.15Рис.
10. Рассчитанныеаксиальные распределенияинтенсивности излучениялинии Нα (после примененияинтегральногопреобразования Абеля) приразличных постоянныхнапряжениях на электроде(кривые нормированы намаксимум интенсивностиизлучения при напряжении –20 В). Давление 1 Тор,падающая мощность 60 Вт,“0” на оси Z соответствуетконцу электрода/антенны.Результатымоделированиякачественносогласуютсясрезультатамиэкспериментов: при отрицательных напряжениях растет интенсивность излучения линииH . На рис.
11, 12 показаны рассчитанные аксиальные распределения СВЧ поля иконцентрации электронов при разных постоянных напряжениях.Рис.11.Аксиальныераспределениянапряженности СВЧ-поля при различныхпостоянныхнапряжениях(результатырасчетов). Давление 1 Торр, падающаямощность 60 Вт, “0” на оси Z соответствуетконцу электрода/антенны.Рис. 12.
Аксиальные распределенияконцентрации электронов для различныхпостоянных напряжений на электроде(результаты расчетов)). Давление 1 Торр,падающая мощность 60 Вт, “0” на оси Zсоответствует концу электрода/антенны.Моделирование показало, что увеличение интенсивности излучения линии Нαсвязано с тремя факторами – увеличением напряженности СВЧ поля, концентрацииэлектронов и концентрации атомарного водорода.
Постоянное поле изменяет потоки16заряженных частиц на электрод и их пространственные распределения. Это, в своюочередь влияет на величину и распределение СВЧ поля в разряде и изменяет все егопараметры, в том числе и на поглощенную плазмой мощность. Таким образом, имеетсявозможность изменять согласование разрядной секции с генератором.Эти результаты опубликованы в [4А, 10А].В Заключении приведены основные результаты и выводы диссертации.1.Разработаныодноидвумерныесамосогласованныемоделинеоднородногонеравновесного электродного СВЧ разряда, позволяющие анализировать влияние малыхгазовых добавок и постоянных электрических полей на свойства разряда.2.
На основе одномерного моделирования исследовано влияние малой (до 5 об.%) добавкиазота на параметры и структуру неоднородного СВЧ разряда в водороде при давлении 1Торр. Показано, что на профили концентраций электронов и СВЧ поля влияют изменениефункции распределения электронов по энергиям (изменение транспортных свойствэлектронов при добавлении азота) и изменение ионного состава плазмы. Функцияраспределения электронов по энергиям оказывает влияние в шаровой области разряда(вдали от электрода): увеличение подвижности электронов при добавлении азотаприводит к уменьшению размеров плазменного образования.
Коэффициент диффузииэлектронов практически не изменяется. Изменение ионного состава плазмы (основнымионом становится ион N2H+ ) влияет на структуру плазмы у поверхности электрода.3. На основе двумерного моделирования показано, что малые (до 5%) добавки аргонавлияют на параметры электродного СВЧ разряда в водороде при давлении 1 Торр. Анализрассчитанных пространственных распределений ионной компоненты плазмы (ионы Н 2+,Н3+, Ar+), распределения постоянного поля в окрестности антенны и потока ионов на неепоказал, что несмотря на то, что в общем балансе заряженных частиц ион Ar+ составляетмалую долю, вблизи электрода его роль велика. Тяжелый ион аргона уменьшаетсуммарный поток ионов на электрод, что в силу сбалансированности потоковдиффузионной гибели зарядов и ионизации ведет к уменьшению СВЧ поля в плазме.Последнее приводит к уменьшению интенсивности линий и полос излучения разряда.Последнее подтверждено экспериментально.4.
На примере аргона и азота показано, что с помощью малых добавок газов можноуправлять параметрами неоднородного разряда, причем механизмы этого влиянияразличны в разных частях неоднородного разряда. На примере добавки аргона показано,что возможность применения широко используемого метода оптической актинометриидля диагностики плазмы должно анализироваться в каждом конкретном случае.175.На основе двумерного самосогласованного моделирования и эмиссионнойспектроскопии электродного СВЧ разряда исследована возможность управлениепараметрами неравновесного сильно неоднородного электродного СВЧ разряда вводороде при давлении 1 Торр с помощью внешнего постоянного напряжения.
Показано,что постоянное поле изменяет потоки заряженных частиц на электрод и ихпространственные распределения. Это, в свою очередь влияет на величину ираспределение СВЧ поля в разряде и изменяет все его параметры (в том числе иэмиссионные характеристики плазмы и поглощенную плазмой мощность). Результатымоделирования качественно согласуются с результатами измерения интенсивностиизлучения линии Hα.Представленные в диссертационной работе результаты получены в рамкахвыполнения проекта РФФИ № 15-08-00070.Список цитированной литературы1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы.
Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука. 2000,Вводные тома Т. 3, Т4.2. The 2012 Plasma Roadmap 2012 J. Phys. D: Appl. Phys. 45 2530013. Голант В.Е. Газовый разряд на сверхвысоких частотах. //УФН, Т. 23, С. 958.4. The Applications of Plasmas to Chemical Processing. Ed. R. F. Baddour and R. S. Timmins,Cambridge, Mass.: MIT Press, 1967/5. MacDonald A.D. 1966 Microwave Breakdown in Gases John Willey&Sons, NY, London,Sydney6. Гинзбург В.Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
