【摘要】：能量分析器是空間粒子探測(cè)中被廣泛使用的一種儀器。能量分析器探測(cè)粒子能量一般是利用靜電場(chǎng)對(duì)離子的篩選來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)仿真研究能量分析器的工作原理和討論分析器工作過(guò)程的影響因素,進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu),提高工作性能。本文結(jié)合理論分析和多物理場(chǎng)仿真軟件COMSOL Multiphysics5.3的使用,對(duì)一種小偏角粒子能量分析器進(jìn)行了仿真計(jì)算以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。主要工作內(nèi)容包括:(1)基于靜電場(chǎng)中離子運(yùn)動(dòng)理論和低能離子運(yùn)動(dòng)碰撞理論,建立小偏角粒子能量分析器仿真的理論基礎(chǔ)。(2)建立小偏角粒子能量分析器準(zhǔn)直區(qū)和離化區(qū)三維仿真模型。在準(zhǔn)直區(qū)仿真過(guò)程中,分析了準(zhǔn)直區(qū)過(guò)濾電極板長(zhǎng)度和寬度變化對(duì)電場(chǎng)分布的影響,分析了壓強(qiáng)、電壓、電極板長(zhǎng)度和寬度、電極板距離入口位置以及空間電荷粒子種類(lèi)對(duì)過(guò)濾電極過(guò)濾效果的影響。在離化區(qū)仿真過(guò)程中,計(jì)算了離化區(qū)內(nèi)部電場(chǎng)分布特點(diǎn)以及電場(chǎng)對(duì)中性粒子電離后的離子運(yùn)行軌跡的影響,計(jì)算了電子和中性粒子的碰撞過(guò)程。(3)建立小偏角粒子能量分析器偏離區(qū)二維和三維仿真模型。在二維模型仿真中,仿真計(jì)算了模型的電場(chǎng)分布和離子運(yùn)動(dòng)軌跡;計(jì)算二維模型的能譜圖,根據(jù)能譜圖計(jì)算了分析器能量分辨率和板因子。在三維模型仿真中,計(jì)算了三維模型下的電場(chǎng)分布和離子通過(guò)率。同時(shí),對(duì)微通道板(MCP)的電壓進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明MCP電壓為-100V時(shí)效果較好;優(yōu)化偏離區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù),并把三維仿真優(yōu)化前后以及二維仿真的能譜圖進(jìn)行比較,結(jié)果表明優(yōu)化后的三維仿真模型具有較高的離子通過(guò)率以及更好的能量分辨率。在優(yōu)化后三維仿真模型尺寸下,對(duì)離子入射的角度以及溫度和壓強(qiáng)等參數(shù)進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明:分析器只在一個(gè)方向上具有角度分辨;模型中氣體壓力小于0.01Pa時(shí)可以忽略偏離區(qū)內(nèi)殘余中性氣體的影響,溫度的變化會(huì)影響到離子的通過(guò)率但對(duì)能量分辨率沒(méi)有影響。本文的研究方法為該類(lèi)型小偏角粒子能量分析器的設(shè)計(jì)制造提供了理論和仿真技術(shù)上的支撐,計(jì)算結(jié)果為小偏角粒子能量分析器的結(jié)構(gòu)參數(shù)選定和優(yōu)化提供了重要的參考依據(jù)。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行天基探測(cè)在全世界范科領(lǐng)域。1957 年，，人類(lèi)成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，的國(guó)家對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行了深入的探測(cè)研究，從近地空間到際空間到太陽(yáng)系，探測(cè)領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。迄今為止，人類(lèi)對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行探測(cè)。我國(guó)的天基空間環(huán)境探測(cè)起步于 197的成功發(fā)射，至今已有四十多年的歷史。在航天器被廣泛前提下，空間環(huán)境探測(cè)器成為主要的載荷工具之一。隨著斷提高和社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，人類(lèi)對(duì)空間環(huán)境探測(cè)器研究的大[1-4]。

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文氧是近地空間大氣環(huán)境中的主要成分，因此在進(jìn)行能量探氣環(huán)境中的原子氧的能量分布情況。本文的研究?jī)?nèi)容是針?lè)治銎鞯慕Y(jié)構(gòu)和電學(xué)參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，分析其對(duì)不同能和能量分辨情況，并優(yōu)化能量分析器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電學(xué)參關(guān)對(duì)空間低能粒子能量進(jìn)行探測(cè)的相關(guān)研究主要包括：對(duì)帶對(duì)中性氣體粒子能量進(jìn)行探測(cè)；對(duì)帶電粒子進(jìn)行能量探測(cè)行探測(cè)以及對(duì)電子的能量進(jìn)行探測(cè)。對(duì)帶電粒子進(jìn)行能量電分析器、法拉第杯、朗繆爾探針、以及固體探測(cè)器[11-13]。又分為圓柱形靜電分析器、球形靜電分析器以及平行板靜 為三種常見(jiàn)的靜電分析器示意圖。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V447.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐恩凌;張慶明;王猛;相升海;夏瑾;楊明海;李樂(lè)新;張薇;;超高速碰撞產(chǎn)生等離子體云的粒子能量時(shí)空分布[J];強(qiáng)激光與粒子束;2013年11期

2 石宗仁 ,李占魁 ,曹忠 ,邢進(jìn)強(qiáng) ,沈榮林 ,石俠民;低能D(d,n)~3He反應(yīng)中~3He粒子的探測(cè)及自生靶穩(wěn)定性的初步研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);1980年03期

3 魯用中;;洛侖茲猜想的高速粒子能量公式——世界物理難題[J];發(fā)現(xiàn);2007年S1期

4 王朋,董正超,梁偉;突然膨脹的無(wú)限深勢(shì)阱中的粒子能量[J];山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年01期

5 高元義;;用2△分析超帶的性質(zhì)[J];高能物理與核物理;1981年04期

6 田瑞生;;能量拍脈動(dòng)與波粒二象性[J];山西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

7 ;數(shù)據(jù)[J];科學(xué)中國(guó)人;2014年19期

8 陳敏,魏合林,劉祖黎,姚凱倫;沉積粒子能量對(duì)薄膜早期生長(zhǎng)過(guò)程的影響[J];物理學(xué)報(bào);2001年12期

9 盧書(shū)城;求有心力場(chǎng)中粒子能量精細(xì)結(jié)構(gòu)的WKB近似法[J];九江師專(zhuān)學(xué)報(bào);1987年06期

10 孫惠民;;方程的解不能隨便丟[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2008年04期

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 記者 林小春;超高能宇宙射線來(lái)自銀河系外[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

2 張媛;中國(guó)海林城鄉(xiāng)集團(tuán)捐贈(zèng)河南5000萬(wàn)元抗旱物資[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 喬路;小偏角粒子能量分析器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2695312