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高功率微波作用下O-离子解吸附产生种子电子过程

魏进进 周东方 余道杰 胡涛 侯德亭 张德伟 雷雪 胡俊杰

高功率微波作用下O-离子解吸附产生种子电子过程

魏进进, 周东方, 余道杰, 胡涛, 侯德亭, 张德伟, 雷雪, 胡俊杰
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  • 种子电子是高功率微波大气击穿的根源, 研究高功率微波大气击穿时, 一般假设背景大气中存在种子电子, 此假设在低层大气环境中会给模拟结果带来较大误差. 本文建立了高功率微波强电场作用下O-离子解吸附碰撞过程物理模型, 基于传统的空碰撞模型, 提出了改进的蒙特卡罗仿真方法, 编写了三维仿真程序, 对高功率微波作用下O-离子的解吸附过程进行了仿真, 分析了O-离子平均能量随时间的变化过程以及O-离子与空气分子的碰撞过程, 得到了不同压强、场强、频率和击穿体积条件下种子电子平均产生时间. 理论与仿真结果表明, 随着频率增大, 种子电子平均产生时间变大, 随着击穿体积、场强以及压强增大, 种子电子平均产生时间变小. 最后, 考虑O-离子与空气分子解吸附碰撞提供种子电子条件下, 给出了大气击穿时间理论与实验对比结果, 发现高功率微波频率较低时, 该种子电子产生机理可以解释实验结果, 而高功率微波频率较高时, 该机理下种子电子平均产生时间过长而与实验数据不符.
      通信作者: 魏进进, qqweijinjin@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61201056, 61271104)资助的课题.
    [1]

    Thumm M K 2011 J. Infrared Milli. Terahz Waves 32 241

    [2]

    Zhang J, Jin Z X, Yang J H, Zhong H. H, Shu T, Zhang J D, Qian B L, Yuan C W, Li Z Q, Fan Y W, Zhou S Y, Xu L R 2011 IEEE Trans. Plasma Sci. 39 1438

    [3]

    Hidaka Y, Choi E M, Mastovsky I, Shapiro M A, Sirigiri J R, Temkin R J 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 936

    [4]

    Zhou D F, Yu D J, Yang J H, Hou D T, Xia W, Hu T, Lin J Y, Rao Y P, Wei J J, Zhang D W, Wang L P 2013 Acta Phys. Sin. 62 014207 (in Chinese) [周东方, 余道杰, 杨建宏, 侯德亭, 夏蔚, 胡涛, 林竞羽, 饶育萍, 魏进进, 张德伟, 王利萍 2013 物理学报 62 014207]

    [5]

    Song W, Shao H, Zhang Z Q, Huang H J, Li J W, Wang K Y, Jing H, Liu Y J, Cui X H 2014 Acta Phys. Sin. 63 064101 (in Chinese) [宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红 2014 物理学报 63 064101]

    [6]

    Liu G Z, Liu J Y, Huang W H, Zhou J G, Song X, Ning H 2000 Chin. Phys. 9 757

    [7]

    MacDonald A D 1966 Microwave Breakdown in Gases (New York: John Wiley & Son.) pp1-35

    [8]

    Nam S K, Verboncoeur J P 2008 Appl. Phys. Lett. 93 151504

    [9]

    Kuo S P, Zhang Y S 1991 Phys. Fluids B-Plasma 3 2906

    [10]

    Nam S K, Verboncoeur J P 2009 Comput. Phys. Commun. 180 628

    [11]

    Beeson S R, Dickens J C, Neuber A A 2014 IEEE Trans. Plasma Sci. 42 3450

    [12]

    Zhao P C, Liao C, Yang D, Zhong X M 2014 Chin. Phys. B 23 055101

    [13]

    Hidaka Y, Choi E M, Mastovsky I, Shapiro M A, Sirigiri J R, Temkin R J, Edmiston G F, Neuber A A, Oda Y 2009 Phys. Plasmas 16 055702

    [14]

    Cook A M, Hummelt J S, Shapiro M A, Temkin R J 2011 Phys. Plasmas 18 100704

    [15]

    Nam S K, Verboncoeur J P 2009 Phys. Rev. Lett. 103 055004

    [16]

    Boeuf J P, Chaudhury B, Zhu G Q 2010 Phys. Rev. Lett. 104 11079

    [17]

    Cook A M, Shapiro M, Temkin R 2010 Appl. Phys. Lett. 97 011504

    [18]

    Zhou Q H, Dong Z W 2011 Appl. Phys. Lett. 98 161504

    [19]

    Dorozhkina D, Semenov V, Olsson T, Anderson D, Jordan U, Puech J, Lapierre L, Lisak M 2006 Phys. Plasmas 13 013506

    [20]

    Cook A M, Hummelt J S, Shapiro M A, Temkin R J 2011 Phys. Plasmas 18 080707

    [21]

    Edmiston G F, Krile J T, Neuber A, Dickens J, Krompholz H 2006 IEEE Trans. Plasma Sci. 34 1782

    [22]

    Foster J, Krompholz H, Neuber A A 2011 Phys Plasmas 18 013502

    [23]

    Stephens J, Beeson S, Dickens J, Neuber A A 2012 Phys. Plasmas 19 112111

    [24]

    Krile J T, Neuber A A 2011 Appl. Phys. Lett. 98 211502

    [25]

    Edmiston G F, Neuber A A, Krompholz H G, Krile J T 2008 J. Appl. Phys. 103 063303

    [26]

    Vahedi V, Surendra M 1995 Comput. Phys. Commun. 87 179

  • [1]

    Thumm M K 2011 J. Infrared Milli. Terahz Waves 32 241

    [2]

    Zhang J, Jin Z X, Yang J H, Zhong H. H, Shu T, Zhang J D, Qian B L, Yuan C W, Li Z Q, Fan Y W, Zhou S Y, Xu L R 2011 IEEE Trans. Plasma Sci. 39 1438

    [3]

    Hidaka Y, Choi E M, Mastovsky I, Shapiro M A, Sirigiri J R, Temkin R J 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 936

    [4]

    Zhou D F, Yu D J, Yang J H, Hou D T, Xia W, Hu T, Lin J Y, Rao Y P, Wei J J, Zhang D W, Wang L P 2013 Acta Phys. Sin. 62 014207 (in Chinese) [周东方, 余道杰, 杨建宏, 侯德亭, 夏蔚, 胡涛, 林竞羽, 饶育萍, 魏进进, 张德伟, 王利萍 2013 物理学报 62 014207]

    [5]

    Song W, Shao H, Zhang Z Q, Huang H J, Li J W, Wang K Y, Jing H, Liu Y J, Cui X H 2014 Acta Phys. Sin. 63 064101 (in Chinese) [宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红 2014 物理学报 63 064101]

    [6]

    Liu G Z, Liu J Y, Huang W H, Zhou J G, Song X, Ning H 2000 Chin. Phys. 9 757

    [7]

    MacDonald A D 1966 Microwave Breakdown in Gases (New York: John Wiley & Son.) pp1-35

    [8]

    Nam S K, Verboncoeur J P 2008 Appl. Phys. Lett. 93 151504

    [9]

    Kuo S P, Zhang Y S 1991 Phys. Fluids B-Plasma 3 2906

    [10]

    Nam S K, Verboncoeur J P 2009 Comput. Phys. Commun. 180 628

    [11]

    Beeson S R, Dickens J C, Neuber A A 2014 IEEE Trans. Plasma Sci. 42 3450

    [12]

    Zhao P C, Liao C, Yang D, Zhong X M 2014 Chin. Phys. B 23 055101

    [13]

    Hidaka Y, Choi E M, Mastovsky I, Shapiro M A, Sirigiri J R, Temkin R J, Edmiston G F, Neuber A A, Oda Y 2009 Phys. Plasmas 16 055702

    [14]

    Cook A M, Hummelt J S, Shapiro M A, Temkin R J 2011 Phys. Plasmas 18 100704

    [15]

    Nam S K, Verboncoeur J P 2009 Phys. Rev. Lett. 103 055004

    [16]

    Boeuf J P, Chaudhury B, Zhu G Q 2010 Phys. Rev. Lett. 104 11079

    [17]

    Cook A M, Shapiro M, Temkin R 2010 Appl. Phys. Lett. 97 011504

    [18]

    Zhou Q H, Dong Z W 2011 Appl. Phys. Lett. 98 161504

    [19]

    Dorozhkina D, Semenov V, Olsson T, Anderson D, Jordan U, Puech J, Lapierre L, Lisak M 2006 Phys. Plasmas 13 013506

    [20]

    Cook A M, Hummelt J S, Shapiro M A, Temkin R J 2011 Phys. Plasmas 18 080707

    [21]

    Edmiston G F, Krile J T, Neuber A, Dickens J, Krompholz H 2006 IEEE Trans. Plasma Sci. 34 1782

    [22]

    Foster J, Krompholz H, Neuber A A 2011 Phys Plasmas 18 013502

    [23]

    Stephens J, Beeson S, Dickens J, Neuber A A 2012 Phys. Plasmas 19 112111

    [24]

    Krile J T, Neuber A A 2011 Appl. Phys. Lett. 98 211502

    [25]

    Edmiston G F, Neuber A A, Krompholz H G, Krile J T 2008 J. Appl. Phys. 103 063303

    [26]

    Vahedi V, Surendra M 1995 Comput. Phys. Commun. 87 179

  • [1] 周东方, 余道杰, 杨建宏, 侯德亭, 夏蔚, 胡涛, 林竞羽, 饶育萍, 魏进进, 张德伟, 王利萍. 基于混合大气传输模型的单脉冲高功率微波大气击穿理论与实验研究. 物理学报, 2013, 62(1): 014207. doi: 10.7498/aps.62.014207
    [2] 周前红, 董志伟. 垂直相交高功率微波大气击穿的理论研究. 物理学报, 2013, 62(20): 205202. doi: 10.7498/aps.62.205202
    [3] 栗苹, 许玉堂. 氧空位迁移造成的氧化物介质层时变击穿的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2017, 66(21): 217701. doi: 10.7498/aps.66.217701
    [4] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(5): 3268-3273. doi: 10.7498/aps.58.3268
    [5] 唐涛. 高功率微波土壤击穿的数值验证研究. 物理学报, 2015, 64(4): 045203. doi: 10.7498/aps.64.045203
    [6] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025217. doi: 10.7498/aps.60.025217
    [7] 左春彦, 高飞, 戴忠玲, 王友年. 高功率微波输出窗内侧击穿动力学的PIC/MCC模拟研究. 物理学报, 2018, 67(22): 225201. doi: 10.7498/aps.67.20181260
    [8] 李志鹏, 李晶, 孙静, 刘阳, 方进勇. 高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理. 物理学报, 2016, 65(16): 168501. doi: 10.7498/aps.65.168501
    [9] 宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红. 射频击穿等离子体对高功率微波传输特性的影响. 物理学报, 2014, 63(6): 064101. doi: 10.7498/aps.63.064101
    [10] 蔡利兵, 王建国. 微波磁场和斜入射对介质表面次级电子倍增的影响. 物理学报, 2010, 59(2): 1143-1147. doi: 10.7498/aps.59.1143
    [11] 付方正, 李明. 蒙特卡罗法计算无序激光器的阈值. 物理学报, 2009, 58(9): 6258-6263. doi: 10.7498/aps.58.6258
    [12] 李树, 蓝可, 赖东显, 刘杰. 球形黑腔辐射输运问题的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2015, 64(14): 145203. doi: 10.7498/aps.64.145203
    [13] 孙贤明, 肖赛, 王海华, 万隆, 申晋. 高斯光束在双层云中传输的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2015, 64(18): 184204. doi: 10.7498/aps.64.184204
    [14] 鞠志萍, 曹午飞, 刘小伟. 蒙特卡罗模拟单阻止柱双散射体质子束流扩展方法. 物理学报, 2010, 59(1): 199-202. doi: 10.7498/aps.59.199
    [15] 邓力, 李树, 黄则尧, 李刚. 非定常辐射输运问题的蒙特卡罗自适应偏倚抽样. 物理学报, 2011, 60(2): 022401. doi: 10.7498/aps.60.022401
    [16] 李源, 石爱红, 陈国玉, 顾秉栋. 基于蒙特卡罗方法的4H-SiC(0001)面聚并台阶形貌演化机理. 物理学报, 2019, 68(7): 078101. doi: 10.7498/aps.68.20182067
    [17] 戴春娟, 刘希琴, 刘子利, 刘伯路. 铝基碳化硼材料中子屏蔽性能的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2013, 62(15): 152801. doi: 10.7498/aps.62.152801
    [18] 蔡明辉, 韩建伟, 李小银, 李宏伟, 张振力. 临近空间大气中子环境的仿真研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6659-6664. doi: 10.7498/aps.58.6659
    [19] 李刚, 邓力, 张宝印, 李瑞, 史敦福, 上官丹骅, 胡泽华, 付元光, 马彦. BEAVRS基准模型热零功率状态的JMCT分析. 物理学报, 2016, 65(5): 052801. doi: 10.7498/aps.65.052801
    [20] 金晓林, 杨中海. 电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅰ)——物理模型与理论方法. 物理学报, 2006, 55(11): 5930-5934. doi: 10.7498/aps.55.5930
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-07-02
  • 修回日期:  2015-12-23
  • 刊出日期:  2016-03-05

高功率微波作用下O-离子解吸附产生种子电子过程

  • 1. 解放军信息工程大学信息系统工程学院, 郑州 450001
  • 通信作者: 魏进进, qqweijinjin@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61201056, 61271104)资助的课题.

摘要: 种子电子是高功率微波大气击穿的根源, 研究高功率微波大气击穿时, 一般假设背景大气中存在种子电子, 此假设在低层大气环境中会给模拟结果带来较大误差. 本文建立了高功率微波强电场作用下O-离子解吸附碰撞过程物理模型, 基于传统的空碰撞模型, 提出了改进的蒙特卡罗仿真方法, 编写了三维仿真程序, 对高功率微波作用下O-离子的解吸附过程进行了仿真, 分析了O-离子平均能量随时间的变化过程以及O-离子与空气分子的碰撞过程, 得到了不同压强、场强、频率和击穿体积条件下种子电子平均产生时间. 理论与仿真结果表明, 随着频率增大, 种子电子平均产生时间变大, 随着击穿体积、场强以及压强增大, 种子电子平均产生时间变小. 最后, 考虑O-离子与空气分子解吸附碰撞提供种子电子条件下, 给出了大气击穿时间理论与实验对比结果, 发现高功率微波频率较低时, 该种子电子产生机理可以解释实验结果, 而高功率微波频率较高时, 该机理下种子电子平均产生时间过长而与实验数据不符.

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