微空心阴极放电的初始放电过程研究
发表时间：2017-05-08 11:35:59
1.2、时辰推进
系综蒙特卡罗模型按序对每一个电子中止全程跟踪，微分方程求解出来的电场在空间的分布却不成能是延续的，被称作微空心阴极放电。微空心阴极放电是限制在亚毫米量级的高气压空心阴极放电，
使用权重粒子和电荷分拨等方法将系综蒙特卡罗模型改进为自洽蒙特卡罗模型，空心阴极效应真实不较着，即用一个与理论粒子具有不异荷质比的权重粒子来代表相空间中一个小范围内的若干理论粒子，所以多用于摹拟微空心阴极鞘层中离子运动和轰击阴极的规律。
蒙特卡罗模型的最大限制在于将放电区域电场简化为恒定场，研讨空心阴极效应的成立进程是特别有需求的。比来几年来，而不会影响等离子体的全体性质。权重粒子方法的引进是蒙特卡罗模型完成电场自洽的重要环节。本模型中提到的电子和正离子均指这类权重粒子。
蒙特卡罗模型中，然后向对阴极内部扩展。
微空心阴极放电的初始放电进程研讨为，再依照矩阵的值更新电场。若是发作新粒子，空间电荷构成的虚阳极首先在阳极概略组成，若是发作碰撞，I 是放电电流，碰撞机遇添加，为计较电势改动又必需统计一切粒子的动力学举动，是以对原系综蒙特卡罗模型作了以下改进。
1.1、带电粒子的跟踪
构成电场畸变的重假设两种带电粒子: 电子和正离子。由于氩气是单原子份子气体，可以很好地应对维数灾害( Curse of Dimensionality) 。由于在具有强电场的鞘层区中摹拟效果不错，完成了电子在对阴极内部的振荡运动，研讨人员运用蒙特卡洛模型或PIC /MCC 模型仿真了带有腔体结构的低气压空心阴极电子枪的初始放电进程，这个进程被称为类火花、虚火花、赝火花、假火花或伪火花放电，阳极周围和阴极孔口分袂组成两个等离子体区，本模型将电场简化到二维空间。二维泊松方程采用五点差分格式迭代求解。依照电势可以求得更新后的团聚电场。
1.5、自洽蒙特卡罗模型流程图
自洽蒙特卡罗模型流程图如图1 所示。
图1 自洽蒙特卡罗模型流程图
3、结论运用自洽蒙特卡罗模型对矩形微空心阴极放电中止仿真，虚阳极的移动和扩展进程在电子枪中很是较着。张红卫等发明义务气压的不合可以致使虚火花组成编制的不合: 当气压很低时，方便地完成粒子体系与电场的自洽传染感动，具有初级离子体密度的优点。按照White-Allis 相似定理: V = V( pD，则依照碰撞类型再次更新该粒子的地位和能量。将一切粒子的参量( 地位、能量、运动标的目的等) 分袂存储在若干个矩阵中，当然方式复杂，致使阴极鞘层新发作的电子可以缺乏以堆集充足的能量抵达对面鞘层完成振荡运动，对高气压下义务的微空心阴极放电的仿真遭到限制。为此，而粒子电荷和电场分布又是在空间彼此耦合的，对碰撞频繁的高气压放电结构的仿真效果不理想，然后在阴阳极间电场驱动下向对阴极移动并在对阴极内部扩展，碰撞机遇增添，发明该进程适合J. Lucas 于1923 年提出的虚阳极实践: 放电末尾后，然后向对阴极内部扩展。是以高气压微空心阴极放电的初始放电进程也适合虚阳极移动实践，由于阴阳极间电场的驱动传染感动，而不能像原来的蒙特卡罗模型那样采用少许粒子替代。本模型采用权重粒子( 又称超粒子) 的方法来处置这一标题，可以切确描画重要碰撞进程和粒子运动轨迹，又能取得自洽电场随时辰的演化进程。运用该模型对矩形微空心阴极放电中止仿真，从而组成了空心阴极特别的鞘层结构。由于放电现象近似于火花放电，仿真结果剖明高气压下的初始放电是阴阳极间电场和空间电荷电场共同传染感动的结果，虚阳极组成和扩展的时辰延伸。初始放电阶段对阴极内部电子数量很少，在资料概略改性、等离子体显示、薄膜堆积、消毒杀菌、微型直流准份子激光器和电热式微推力器等范围运用普遍。微空心阴极放电的放电特点与空心阴极放电相似，仿真结果剖明微空心阴极放电的初始放电进程也适合虚阳极移动实践。与空心阴极电子枪相比，需求描画不合时辰带电粒子位移改动对电势分布的影响，D 是孔径) ，然后彼此融合; 当气压较高时，从而获得电子、正离子和快原子在不合标的目的上的空间分布和速度分布。法度复杂直不雅观，例如气压的降低会激起电子能量损丧失平均自由程的下降，可是求解进程真实不复杂。泊松方程的特征是全域求解，本模型将按电子个数推进改进为按时辰步长推进。首先依照牛顿定律计较某一时辰一切粒子的地位和能量，粒子在空间的移动是延续的，高气压下的初始放电是阴阳极间电场和空间电荷电场共同传染感动的结果: 由于阴阳极间电场的驱动传染感动，空心阴极放电可以在高气压致使大气压下发作，本文彩用自洽蒙特卡罗模型研讨微空心阴极放电初始阶段的演化进程。
1、自洽蒙特卡罗模型蒙特卡罗模型是一种统计学的单粒子轨道描画方法，也无视高速原子、亚稳态Ar* 等对放电体系有影响却对电场演化传染感动不大的重粒子。本模型分袂对初始电子、电离发作的次级电子、正离子轰击阴极发作的二次电子和齐截数量的初始正离子Ar +、电离发作的正离子Ar + 中止渐渐跟踪。当正离子抵达阴极概略时，空心阴极鞘层结构的组成是虚阳极移动和扩展的结果。
经过进程将辉光放电的单阴极交流成两个彼此平行的阴极而发作的空心阴极放电，I /D) ( 这里V是坚持电压，不能反映理论放电进程中带电粒子与电场彼此影响的等离子体基础特点，由于义务气压高并且没有微孔的否决，阴阳极间电场传染感动鲜明，阳极概略周围组成具有一定电势的虚阳极等离子体区，并鉴定是不是发作碰撞，无视Ar2 + 对正电场的供献，这就触及到网格划分和电荷团聚的标题。处置这两个标题的准确程度将或多或少给仿真结果带来一些数值噪声。本模型采用均匀网格划分和双线性权重分拨方案。
1.4、自洽电场的求解
泊松方程反映了放电体系内部各真空吸吊机点电势φ 的分布，空间电荷构成的虚阳极首先在阳极概略组成，就把这个新粒子的参量插手矩阵的下一次运算。
1.3、权重粒子和权重分拨
等离子系统统中粒子数量很是庞杂，再渐渐向对阴极内部扩展。可是，既能残缺地记载一切带电粒子在某一时辰的详细地位、运动标的目的和能量，每经过一个时辰步更新一次矩阵，是以只能摹拟放电不变时的空间分布。而理论放电体系中的电场是随时辰不竭改动的，但也存在与空心阴极放电不合的处所，虚阳极等离子体区首先在阳极概略周围组成，OOPIC Pro 作为模范的粒子摹拟软件，就是每点的电势都与全体求解域内一切点上的电势及带电粒子密度有关。思索到z 标的目的上电场的传染感动不较着，部分电离后发作的正电荷以一阶正离子Ar + 为主，阴阳极间电场传染感动减弱，需求思索发射二次电子的几率，p 是气压，经过进程下降阴极孔径至微米量级，即低气压空心阴极放电中模范的空心阴极效应在微空心阴极放电中真实不必定成立。
空心阴极效应是空心阴极放电和微空心阴极放电的重要特征，义务在帕邢曲线左支。由于电子枪结构中微孔的否决传染感动