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介质窗横向电磁场分布下的次级电子倍增效应

董烨 董志伟 杨温渊 周前红 周海京

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介质窗横向电磁场分布下的次级电子倍增效应

董烨, 董志伟, 杨温渊, 周前红, 周海京

Effects of transverse electromagnetic field distribution in the multipactor discharge on dielectric window surface

Dong Ye, Dong Zhi-Wei, Yang Wen-Yuan, Zhou Qian-Hong, Zhou Hai-Jing
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  • 本文利用自编P3D3V PIC程序, 数值研究了BJ32矩波导传输TE10模式高功率微波在介质窗内、 外表面引发的次级电子倍增过程, 给出了次级电子3维空间位置分布特征、介质窗表面法向静电场分布规律以及电子数密度分布特性. 模拟结果表明: 对于介质窗内侧, 微波强场区域率先进入次级电子倍增过程; 而对于介质窗外侧, 则是微波弱场区域优先进入次级电子倍增过程. 形成机理可以解释为: 微波坡印廷矢量方向与介质窗外表面法向相同而与内表面法向相反, 内侧漂移运动导致强场区域电子易于被推回表面, 有利于次级电子倍增优先形成; 外侧漂移运动导致强场区域电子易于被推离表面, 不利于次级电子倍增形成. 准3维模型相对1维模型: 介质窗内侧次级电子倍增过程中, 次级电子倍增进入饱和时间长、饱和次级电子数目少、平均电子能量高、 入射微波功率低、沉积功率低; 介质窗外侧次级电子倍增过程中, 次级电子倍增进入饱和时间短、饱和次级电子数目少、平均电子能量低、 入射微波功率低、沉积功率低. 沉积功率与入射微波功率比值与微波模式、强度及介质窗内外侧表面关系不大, 准3维和1维模型计算结果均在1%–2%左右水平.
    By using a P3D3V PIC code programmed by the authors, the multipactor discharge effects on dielectric inner and outer surface under high-power microwave with TE10 mode in the BJ32 rectangular waveguide are numerically studied. The electron spatial distribution, distribution of electric field in the normal direction of the dielectric surface, and electron density spatial distribution are presented. Numerical results could be concluded as follows. For inner surface, the multipacting first occurs in the area with large electric-field of microwave; for the outer surface, multipacting first occurs in the area with small electric-field of microwave. The above phenomena could be explained as follows. Poynting direction of microwave is the same as the outer surface normal direction and opposite to the inner surface normal direction. So the drift in the area with large electric-field of microwave causes electrons easy to move back to inner surface, and so electrons are easy to leave from outer surface. Compared with 1D3V model, in P3D3V model, we have for inner surface multipactor discharge with long oscillator forming time, small secondary electron number, high average electron energy, low incident power of microwave, and low level deposited power; for outer surface, we have multipactor discharge with short oscillator forming time, small secondary electron number, low average electron energy, low incident power of microwave, and low level deposited power. The deposited power is about 1%–2% of incident microwave power both in 1D3V and P3D3V models; while the ratio between deposited power and incident power of microwave has nothing to do with microwave parameters and inner or outer surface.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2013CB328904);国家自然科学基金(批准号:11305015,11105018);中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号:2012B0402064,2009B0402046)和国家高技术发展计划项目(863计划)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2013CB328904), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11305015, 11105018), the Science Foundation of China Academy of Engineering Physics, China (Grant Nos. 2012B0402064, 2009B0402046), and the National High Technology Research and Development Program of China.
    [1]

    Barker R J, Schamiloglu E 2001 High-power microwaves sources and technologies (Piscataway, New Jersey: IEEE Press, 2001) p325-375

    [2]

    Foster J, Krompholz H, Neuber A 2011 Phys. Plasmas 18 113505

    [3]

    Ford P J, Beeson S R, Krompholz H G, Neuber A A 2012 Phys. Plasmas 19 073503

    [4]

    Zhang P, Lau Y Y, Franzi M, Gilgenbach R M 2011 Phys. Plasmas 19 053508

    [5]

    Kim H C, Verboncoeur J P 2005 Phys. Plasmas 12 123504

    [6]

    Kim H C, Verboncoeur J P 2006 Phys. Plasmas 13 123506

    [7]

    Nam S K, Lim C, Verboncoeur J P 2009 Phys. Plasmas 16 023501

    [8]

    Chang C, Liu G, Tang C, Chen C, Fang J, Hou Q 2008 Phys. Plasmas 15 093508

    [9]

    Chang C, Liu G, Tang C, Yan L 2009 Phys. Plasmas 16 053506

    [10]

    Chang C, Liu G, Tang C, Chen C, Fang J 2011 Phys. Plasmas 18 055702

    [11]

    Cheng G X, Liu L 2010 IEEE Trans. Plasma Sci. 39 1067

    [12]

    Hao X W, Zhang G J, Qiu S, Huang W H, Liu G Z 2010 IEEE Trans. Plasma Sci. 38 1403

    [13]

    Cai L B, Wang J G, Zhu X Q, Wang Y, Xuan C, Xia H F 2011 Phys. Plasmas 18 073504

    [14]

    Dong Y, Dong Z W, Yang W Y 2011 High Power Laser and Particle Beams 23 1917 (in Chinese) [董烨, 董志伟, 杨温渊 2011 强激光与粒子束 23 1917]

    [15]

    Dong Y, Dong Z W, Yang W Y, Zhou Q H, Zhou H J 2013 High Power Laser and Particle Beams 25 399 (in Chinese) [董烨, 董志伟, 杨温渊, 周前红, 周海京 2013 强激光与粒子束 25 399]

    [16]

    Vaughan R 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 830

    [17]

    Kishek R A, Lau Y Y 1998 Phys. Rev. Lett. 80 193

    [18]

    Valfells A, Verboncoeur J, Lau Y 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 529

  • [1]

    Barker R J, Schamiloglu E 2001 High-power microwaves sources and technologies (Piscataway, New Jersey: IEEE Press, 2001) p325-375

    [2]

    Foster J, Krompholz H, Neuber A 2011 Phys. Plasmas 18 113505

    [3]

    Ford P J, Beeson S R, Krompholz H G, Neuber A A 2012 Phys. Plasmas 19 073503

    [4]

    Zhang P, Lau Y Y, Franzi M, Gilgenbach R M 2011 Phys. Plasmas 19 053508

    [5]

    Kim H C, Verboncoeur J P 2005 Phys. Plasmas 12 123504

    [6]

    Kim H C, Verboncoeur J P 2006 Phys. Plasmas 13 123506

    [7]

    Nam S K, Lim C, Verboncoeur J P 2009 Phys. Plasmas 16 023501

    [8]

    Chang C, Liu G, Tang C, Chen C, Fang J, Hou Q 2008 Phys. Plasmas 15 093508

    [9]

    Chang C, Liu G, Tang C, Yan L 2009 Phys. Plasmas 16 053506

    [10]

    Chang C, Liu G, Tang C, Chen C, Fang J 2011 Phys. Plasmas 18 055702

    [11]

    Cheng G X, Liu L 2010 IEEE Trans. Plasma Sci. 39 1067

    [12]

    Hao X W, Zhang G J, Qiu S, Huang W H, Liu G Z 2010 IEEE Trans. Plasma Sci. 38 1403

    [13]

    Cai L B, Wang J G, Zhu X Q, Wang Y, Xuan C, Xia H F 2011 Phys. Plasmas 18 073504

    [14]

    Dong Y, Dong Z W, Yang W Y 2011 High Power Laser and Particle Beams 23 1917 (in Chinese) [董烨, 董志伟, 杨温渊 2011 强激光与粒子束 23 1917]

    [15]

    Dong Y, Dong Z W, Yang W Y, Zhou Q H, Zhou H J 2013 High Power Laser and Particle Beams 25 399 (in Chinese) [董烨, 董志伟, 杨温渊, 周前红, 周海京 2013 强激光与粒子束 25 399]

    [16]

    Vaughan R 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 830

    [17]

    Kishek R A, Lau Y Y 1998 Phys. Rev. Lett. 80 193

    [18]

    Valfells A, Verboncoeur J, Lau Y 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 529

  • [1] 舒盼盼, 赵朋程, 王瑞. 110 GHz微波输出窗内表面次级电子倍增特性的电磁粒子模拟. 物理学报, 2023, 72(9): 095202. doi: 10.7498/aps.72.20222235
    [2] 夏旭, 杨涓, 付瑜亮, 吴先明, 耿海, 胡展. 2 cm电子回旋共振离子推力器离子源中磁场对等离子体特性与壁面电流影响的数值模拟. 物理学报, 2021, 70(7): 075204. doi: 10.7498/aps.70.20201667
    [3] 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
    [4] 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
    [5] 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. 物理学报, 2016, 65(5): 055202. doi: 10.7498/aps.65.055202
    [6] 王洪广, 翟永贵, 李记肖, 李韵, 王瑞, 王新波, 崔万照, 李永东. 基于频域电磁场的微波器件微放电阈值快速粒子模拟. 物理学报, 2016, 65(23): 237901. doi: 10.7498/aps.65.237901
    [7] 董烨, 董志伟, 周前红, 杨温渊, 周海京. 释气对介质沿面闪络击穿影响的粒子模拟. 物理学报, 2014, 63(2): 027901. doi: 10.7498/aps.63.027901
    [8] 陈兆权, 殷志祥, 陈明功, 刘明海, 徐公林, 胡业林, 夏广庆, 宋晓, 贾晓芬, 胡希伟. 负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟. 物理学报, 2014, 63(9): 095205. doi: 10.7498/aps.63.095205
    [9] 陈兆权, 夏广庆, 刘明海, 郑晓亮, 胡业林, 李平, 徐公林, 洪伶俐, 沈昊宇, 胡希伟. 气体压强及表面等离激元影响表面波等离子体电离发展过程的粒子模拟. 物理学报, 2013, 62(19): 195204. doi: 10.7498/aps.62.195204
    [10] 王辉辉, 刘大刚, 蒙林, 刘腊群, 杨超, 彭凯, 夏蒙重. 气体电离的全三维电磁粒子模拟/蒙特卡罗数值研究. 物理学报, 2013, 62(1): 015207. doi: 10.7498/aps.62.015207
    [11] 陈再高, 王建国, 王玥, 乔海亮, 郭伟杰, 张殿辉. 基于粒子模拟和并行遗传算法的高功率微波源优化设计. 物理学报, 2013, 62(16): 168402. doi: 10.7498/aps.62.168402
    [12] 李伟, 刘永贵. 2工作模式下可调谐同轴辐射相对论磁控管的模拟研究. 物理学报, 2011, 60(12): 128403. doi: 10.7498/aps.60.128403
    [13] 杨超, 刘大刚, 周俊, 廖臣, 彭凯, 刘盛纲. 一种新型径向三腔同轴虚阴极振荡器全三维粒子模拟研究. 物理学报, 2011, 60(8): 084102. doi: 10.7498/aps.60.084102
    [14] 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
    [15] 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
    [16] 金晓林, 黄桃, 廖平, 杨中海. 电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟. 物理学报, 2009, 58(8): 5526-5531. doi: 10.7498/aps.58.5526
    [17] 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
    [18] 李小泽, 王建国, 童长江, 张 海. 充填不同气体相对论返波管特性的PIC-MCC模拟. 物理学报, 2008, 57(7): 4613-4622. doi: 10.7498/aps.57.4613
    [19] 宫玉彬, 张 章, 魏彦玉, 孟凡宝, 范植开, 王文祥. 高功率微波器件中脉冲缩短现象的粒子模拟. 物理学报, 2004, 53(11): 3990-3995. doi: 10.7498/aps.53.3990
    [20] 简广德, 董家齐. 环形等离子体中电子温度梯度不稳定性的粒子模拟. 物理学报, 2003, 52(7): 1656-1662. doi: 10.7498/aps.52.1656
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-04-01
  • 修回日期:  2013-06-20
  • 刊出日期:  2013-10-05

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