Диссертация (1150443), страница 2
Текст из файла (страница 2)
разработать метод измерения ФРИ в объеме плазмы газового DC - разряда и реализовать его в виде действующей экспериментальной установки;2. разработать физическую модель для описания столкновения иона с собственным атомом в широком диапазоне энергий относительного движения сталкивающихся частиц и с учетом процессов резонансной перезарядки и упругого рассеяния иона в поляризационном потенциале;3. разработать аналитическую теорию для расчета ФРИ в плазме газового DC - разряда, адекватно описывающую физические процессы вшироком диапазоне величин электрического поля, давления газа;4.
разработать математическую модель для реализации численных алгоритмов описания процессов с участием ионов в плазме собственногогаза на основе метода Монте - Карло;65. провести сравнение полученных экспериментальных и теоретических(как аналитических, так и численных) результатов о ФРИ и уточнитьразвитые ранее физические модели описания рассматриваемых явлений.Научная новизнаСоздан метод диагностики неравновесной анизотропной плазмы плоскимодносторонним зондом и разработана аналитическая теория, позволяющие восстанавливать полную функцию распределения ионов и регистрировать диаграммы направленного движения в плазме в произвольном электрическом поле. Методы апробированы и получены следующие результаты:1. Впервые измерена функция распределения ионов по энергиям для +в , + в и + в .
Измерения выполнены при отношениидлины пробега иона к характерному размеру плоского зонда равном0.7, 2 менее 0.1, соответственно.2. Развита аналитическая теория для описания ФРИ в собственном газепри условии, что основным процессом с участием ионов в плазме является резонансная перезарядка. При этом величина электрического поляв плазме может быть произвольной.3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в плазмесамостоятельного газового разряда даже при умеренных полях, когдапараметр / ∼ 10 ÷ 20 /( ), функция распределения ионовможет обладать заметной анизотропией и сильно отличаться от максвелловского распределения.4. Проведено сравнение измеренных и рассчитанных по разработаннойтеории полной функции распределения ионов и первых семи коэффициентов полинома Лежандра для ионов + в , + в и + в .Практическая значимость результатов исследованияРазработанные методы диагностики анизотропной плазмы и принцип моделирования открывают новые возможности для:– Создания новых приборов плазменной энергетики, исследования ихэлектрокинетических характеристик, измерения анизотропии распределения;7– Дальнейшего совершенствования методов диагностики анизотропнойплазмы, повышения их точности и надежности.Созданные методы диагностики и выполненные исследования анизотропной плазмы, вносят вклад не только в развитие новых приборов и методовэкспериментальной физики, но и в развитие новых направлений в плазменнойэлектронике и физике плазмы.В качестве технических приложений полученные результаты применимыв современной плазменной нанотехнологии, в частности при тонкой очисткеионами поверхности изделий, создание рельефов на поверхности за счет избирательного травления при бомбардировке потоками ионов.Личный вклад автораПолучение экспериментальных данных, а также представленные теоретические оценки и аналитические построения проводились автором, либо при егонепосредственном участии.
Обработка результатов эксперимента проводиласьавтором.Объем и структура работыДиссертация состоит из Введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Полный объём диссертации составляет 174 страницыс 77 рисунками и 2 таблицами. Список литературы содержит 141 наименование.В первой главе представлен краткий обзор работ по исследованию ФРИв газовых разрядах.
Здесь же формулируются основные проблемы по тематикедиссертации, которые до настоящего времени остаются не решенными.Во второй главе развивается зондовый метод (с применением плоскогоодностороннего зонда) измерения ФРИ с произвольной анизотропией в плазмегазового разряда, имеющей аксиальную симметрию. Приводятся результаты измерений ФРИ в ряде инертных газов и в парах ртути.В третьей главе развивается аналитическая теория для расчета ФРИ вDC - разрядах в собственном газе, сначала в приближении сильного поля, азатем и при произвольных полях. Рассмотрение проводится, в том числе, и сучетом упругого рассеяния иона при его столкновении с атомом. По результатам сравнения теоретических расчетов и экспериментальных данных главы2 делается вывод об адекватности построенной теории и особенностях ФРИ врассматриваемых условиях.8Четвертая глава посвящена разработке численного алгоритма математического моделирования процессов столкновений иона с собственным атомом наоснове метода Монте - Карло.
На основе анализа имеющихся данных о дифференциальном сечении рассеяния иона на собственном атоме предлагается модельное сечение и реализуется полуклассический подход к описанию столкновений. Результаты математического моделирования сравниваются с экспериментальными данными и аналитическими расчетами, и делается вывод об адекватности построенного численного алгоритма.В Заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертации.Научные положения, выносимые на защиту1. Экспериментальный метод восстановления полной ФРИ по энергиям иуглам в плазме собственного газа с помощью плоского одностороннегозонда путем измерения конечного числа коэффициентов в разложенииФРИ по полиномам Лежандра для , и .2.
Аналитическая теория для расчета ФРИ в плазме собственного газапри произвольных электрических полях с учетом процессов резонансной перезарядки и упругих столкновений ионов с атомами.3. Результаты численного моделирования ФРИ методом Монте-Карло иих сравнение с данными эксперимента и аналитической теории дляионов + , + и + в собственном газе.Основные результаты работы были доложены и опубликованыв трудах международных конференций:1. 54th Meeting of the APS Division of Plasma Physics, ноябрь 2012 г.,Providence, RI, USA2. труды XL Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, февраль 2013г., Звенигород, Россия3.
Ежегодный Международный Форум молодых Ученых Национальныйминерально-сырьевой университет .Горный., апрель 2013г., СанктПетербург, Россия4. XXIY International Forum-Competition, May 2013, Gottingen, Germany.5. 66th Annual Gaseous Electronics Conference, октябрь 2013, Princeton, NJ,USA96. труды XLI Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, февраль 2014г., Звенигород, Россия7. 41st IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS-2014) May2014,Washington, DC, USA8. Ежегодный Международный Форум молодых Ученых Национальныйминерально-сырьевой университет «Горный», апрель 2014г., СанктПетербург, Россия9. труды XLII Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, февраль 2015г., Звенигород, Россия10.
труды Международной конференция-конкурс молодых физиков, февраль 2015. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН. Московскийгосударственный технический университет им. Н.Э. Баумана. Москва,Россия.11. 42nd European Physical Society Conference on Plasma Physics, 22-26 June2015, Lisbon, Portugal.Публикации автора по теме диссертации:1. Мустафаев А.С., Сухомлинов В.С., Аинов М.А. Функция распределения ионов по скоростям в плазме собственного газа // Физическое образование в вузах.
— 2015. — Т. 21, № 1. — С. 20.2. Мустафаев А.С., Сухомлинов В.С., Аинов М.А. Экспериментальное итеоретическое определение сильно анизотропной функции распределения ионов по скоростям в плазме собственного газа при больших полях// ЖТФ. — 2015. — Т. 85, № 12. — С. 45.3. A.S. Mustafaev, V.S. Sukhomlinov, M.A. Ainov Experimental andtheoretical determination of the strongly anisotropic velocity distributionfunctions of ions in the intrinsic gas plasma in strong fields // TechnicalPhysics. – 2015, Vol. 60, Issue 12, pp 1778-17894. Мустафаев А.С., Сухомлинов В.С., Аинов М.А.
Функция распределения ионов по энергиям и углам в плазме // Физическое образование ввузах. — 2016. — Т. 22, № 1C. — С. 28.5. (Патент)МустафаевА.С.,ГрабовскийА.Ю.,СтраховаА.А.,Аинов М.А.. Способ стабилизации высоковольтного напряженияна базе разряда с сужением плазменного канала. Заявка на патент102014153822. Дата подачи 29.12.2014. Положительное Решение о выдачепатента от 04.02.2016.11Глава 1.
Обзор литературы1.1ВведениеКак видно из названия работы, тематика исследования имеет отношение кряду областей физики плазмы и элементарных процессов, по которым имеется,без преувеличения, огромное число работ. К таким областям относятся: экспериментальные методы измерения ФРИ и коэффициентов переноса ионов в плазмеразрядов различного типа; методы решения уравнения Больцмана для заряженных частиц, и методы вычисления (аналитические и численные) коэффициентов переноса без получения явных выражений для ФРИ; методы моделированияявлений переноса ионов в разрядах различного типа с использованием алгоритмов типа Монте - Карло; методы измерений сечений резонансной перезарядкии рассеяния ионов в поляризационном потенциале; квантовомеханические и полуклассические методы вычисления сечений рассеяния иона на атоме; зондовыеметоды измерения анизотропных функций распределения заряженных частицв плазме и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
