Автореферат (1150442)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙМИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»На правах рукописиАинов Мацак АлексеевичФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПО СКОРОСТЯМ ВПЛАЗМЕ СОБСТВЕННОГО ГАЗАСпециальность 01.04.08 — Физика плазмыАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2016Работа выполнена в на кафедре Общей и технической физики Национальногоминерально-сырьевого университета «Горный»Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессорМустафаев Александр Сеит-УмеровичОфициальные оппоненты:Некучаев Владимир Орович,доктор физико-математических наук, профессор,зав.
кафедрой физики ФГОУ ВПО Ухтинский государственный технический университетПолищук Владимир Анатольевич,доктор физико-математических наук,ФГБО УВПО Санкт-Петербургский НИУ ИТМОЗаведующий секторомВедущая организация:Институт электрофизики и электроэнергетики РАНЗащита состоится « »2016 г. в часовмин на заседаниидиссертационного совета Д212.232.45 по защите докторских и кандидатских диссертаций на базе Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:198504, Санкт-Петербург, Петродворец, Ульяновская ул. д.1, Малый конференцзал физического факультета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им.
Горького СПбГУ.2016 года.Автореферат разослан « »Ученый секретарьдиссертационного советаД212.232.45 по защите докторскихи кандидатских диссертаций, доктор физ.-мат. наукСухомлинов В.С.Общая характеристика работыАктуальность работыФункция распределения ионов (ФРИ) по скоростям представляет особый интерес в связи с тем, что процессы с участием ионов играют важнейшую роль вомногих явлениях. К ним относятся: плазмохимические реакции, идущие с участием ионов в различных видах газового разряда; процессы, протекающие в ионосфере под влиянием солнечного ветра; процессы взаимодействия потоков ионов с поверхностями твердых и жидких веществ; влияние ионов на свойства пылевой плазмы, и ряд других. Среди технических приложений можно отметить: современныеплазменные нанотехнологии; тонкую очистку ионами поверхности материалов;технологии создания рельефов на поверхности за счёт избирательного травленияпри бомбардировке потоками ионов; ионные двигатели малой тяги для космических аппаратов и др.
Вполне понятно, что основные характеристики процессов,протекающих в вышеперечисленных явлениях, определяются именно ФРИ.Несмотря на то, что первые попытки нахождения ФРИ предпринимались ещев середине прошлого века [1; 2], можно с уверенностью утверждать, что задачанахождения ФРИ в плазме газового разряда, далека от своего решения как с экспериментальной, так и с теоретической точки зрения.
Действительно, успехи вэкспериментальном определении ФРИ, в основном, связаны с применением масс- спектрометрии в разрядах, перспективных для плазмохимических технологийтравления поверхностей с применением индуктивно связанного разряда, различных модификаций емкостных разрядов и т. п. Кроме того, основной интерес исследователи здесь проявляют к ФРИ, бомбардирующих поверхность образца.Теоретическое исследование ФРИ началось, аналогично, примерно в серединепрошлого века.
Развитие методов решения уравнения Больцмана, особенно метода моментов, привело к тому, что в рамках, так называемых, двух и трех температурных приближений были вычислены основные параметры дрейфа ионов подвижности, коэффициенты поперечной диффузии, дрейфовые скорости вдольполя [3—7]. При решении задачи о диффузии ионов в рамках этих приближенийФРИ по энергиям полагается максвелловской, температура которой различна внаправлениях параллельном и ортогональном полю, а распределение по направлениям движения описывается в виде ряда по некоторой системе ортогональныхфункций.
Как следует из результатов настоящей работы, реальная ФРИ по энергиям в DC - разряде весьма далека от максвелловской.В других работах делалась попытка аналитического решения нахожденияФРИ в собственном газе без учета рассеяния в поляризационном потенциале(упругих столкновений), при этом авторы, либо ограничивались приближениямислабых или сильных полей [8—10], либо использовали нереалистичные предположения. Так, в [11—13] использовалось BGK - приближение постоянной частоты столкновения, в [14] предполагалось постоянным сечение перезарядки, в [15;16] резонансная перезарядка не учитывалась вообще. Надо отметить, что ФРИв большинстве газовых разрядов является сильно анизотропной, что существенно затрудняет ее исследование.
В последнее время появляются отдельные работыпо численному моделированию ФРИ в объеме плазмы [14; 17—19] с учетом пере3зарядки и поляризационного рассеяния, однако, среди исследователей существуют серьезные разногласия в вопросах описания процессов столкновения ионов сатомами, особенно ионов с собственными атомами в условиях, когда велика вероятность процесса резонансной перезарядки. В частности, нет единого мненияпо поводу концепции учета упругого рассеяния иона при его столкновении с собственным атомом.Таким образом, вышесказанное позволяет заключить, что тема настоящегоисследования является актуальной.Цель диссертационной работы.Экспериментальное и теоретическое исследование ФРИ в DC - плазме газового разряда собственного газа в широком диапазоне параметров плазмыПри этом теоретическое рассмотрение будет проводиться с применением каканалитических методов исследования, так и численного моделирования методомМонте - Карло.Практическая значимость результатов исследования.Разработанные методы диагностики анизотропной плазмы и принцип моделирования открывают новые возможности для:– создания новых приборов плазменной энергетики, исследования их электрокинетических характеристик, измерения анизотропии распределения;– дальнейшего совершенствования методов диагностики анизотропной плазмы, повышения их точности и надежности;Созданные методы диагностики и выполненные исследования анизотропнойплазмы, вносят вклад не только в развитие новых приборов и методов экспериментальной физики, но и в развитие новых направлений в плазменной электроникеи физике плазмы.В качестве технических приложений полученные результаты применимы в современных плазменных нанотехнологиях, в частности, для тонкой очистки ионами поверхностей изделий, для создания рельефов на поверхности.Положения, выносимые на защиту:1.
Экспериментальный метод восстановления полной ФРИ по энергиям и углам в плазме собственного газа с помощью плоского одностороннего зондапутем измерения конечного числа коэффициентов в разложении ФРИ пополиномам Лежандра для , и .2. Аналитическая теория для расчета ФРИ в плазме собственного газа припроизвольных электрических полях с учетом процессов резонансной перезарядки и упругих столкновений ионов с атомами.3.
Результаты численного моделирования ФРИ методом Монте-Карло и ихсравнение с данными эксперимента и аналитической теории для ионов+ , + и + в собственном газе.Научная новизна полученных результатов:Создан метод диагностики неравновесной анизотропной плазмы плоским односторонним зондом и разработана аналитическая теория, позволяющие восстанавливать полную ФРИ и регистрировать диаграммы направленного движения4ионов в плазме в произвольном электрическом поле. Данные методы апробированы и получены следующие результаты:1. Впервые измерена ФРИ по энергиям для + в , + в и + в .Измерения выполнены при отношении длины пробега иона к характерномуразмеру плоского зонда равном 0.7, 2 и менее 0.1, соответственно.2. Развита аналитическая теория для описания ФРИ в собственном газе приусловии, что основным процессом с участием ионов в плазме является резонансная перезарядка.
При этом учтено поляризационное рассеяние пристолкновении иона с собственным атомом. Величина электрического поляв плазме может быть произвольной.3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в плазме самостоятельного газового разряда даже при умеренных полях, когда параметр/ ∼ 10 ÷ 20В/(см Тор), ФРИ обладает заметной анизотропией и сильноотличается от максвелловского распределения.4.
Проведено сравнение измеренных и рассчитанных по разработанной теории полной ФРИ и первых семи коэффициентов полинома Лежандра дляионов + в , + в и + в .Апробация работы и публикации.Основные результаты диссертации были доложены и опубликованы в трудахследующих конференций:1. 54th Meeting of the APS Division of Plasma Physics, 2012 г., Providence, RI,USA.2.
XL Международная конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2013 г., Звенигород, Россия.3. Ежегодный Международный Форум молодых Ученых Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», секция нанотехнологии, 2013 г.,Санкт-Петербург, Россия.4. XXIY International Forum-Competition, 2013 г., Gottingen, Germany.5. 66th Annual Gaseous Electronics Conference, 2013 г., Princeton, NJ, USA.6. XLI Международная конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2014 г., Звенигород, Россия.7. 41st IEEE International Conference on Plasma Science, 2014 г., Washington,DC, USA.8.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
