中子管是一種成本低、重量輕、操作維護(hù)簡單、防護(hù)容易、適于現(xiàn)場使用的中子源設(shè)備,主要由離子源、加速系統(tǒng)、靶和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等部分組成,其工作原理是通過氘氚的原子核反應(yīng)產(chǎn)生中子。利用中子強(qiáng)大的穿透特性,中子管在基礎(chǔ)科學(xué)研究、軍事工程以及工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前,國內(nèi)中子管采用的離子源主要是潘寧離子源,潘寧源中子管以其穩(wěn)定的離子束密度在國內(nèi)和國際上得到了一定認(rèn)可,但其中子產(chǎn)額要超過10⁹n/s很困難。隨著核技術(shù)的發(fā)展,國外射頻源驅(qū)動(dòng)的中子管由于其更高的中子產(chǎn)額,束流穩(wěn)定,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)得到了更多研究者的青睞,離子源是中子管的重要組成部分,離子源的優(yōu)劣更是會(huì)極大程度的影響中子管的性能,因此,開展中子管射頻離子源的研究工作,對高產(chǎn)額中子管的研制具有重要的應(yīng)用價(jià)值。中性氣體電離形成等離子體的過程受到很多因素的影響。為了深入了解用于中子管的射頻離子源的放電特性和束流引出規(guī)律,從射頻感應(yīng)耦合等離子體的放電原理入手,建立氫氣放電模擬研究的理論模型,運(yùn)用麥克斯韋方程組等公式分析和推導(dǎo)等離子體放電過程中影響粒子密度的重要因素,結(jié)合Comsol軟件中的二維軸對稱模型和三維立體模型... 

【文章來源】：東北師范大學(xué)吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

天線周圍的三種電場

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文92.3.2電容耦合等離子體如圖2.2（a）所示，是射頻電容耦合等離子體的生成原理，主要由直流隔離電容、電源和匹配器三大部分組成。將高頻信號(hào)加到電極上，這樣生成的等離子體就是電容耦合等離子體，又稱為CapacitivelyCoupledPlasma，簡稱CCP，這種類型的等離子體最常用于薄膜沉積與刻蝕。2.3.3感應(yīng)耦合等離子體如圖2.2（b）所示，是射頻感應(yīng)耦合等離子體的生成原理，主要由電源和線圈兩大部分組成。將高頻信號(hào)加到線圈上，利用感生電場來加速電子去碰撞中性氣體從而維持等離子體，叫做感應(yīng)耦合等離子體，又稱為InductivelyCoupledPlasma，簡稱ICP。其中高頻信號(hào)的頻率為13.56MHz[36,37]。圖2.2兩種天線耦合方式2.3.4感應(yīng)耦合等離子體放電擊穿理論目前感應(yīng)耦合等離子體放電過程中使用的天線，主要是分成圓筒螺旋型天線（如圖2.3（a）所示）和平面盤香型天線（如圖2.3（b）所示）兩種類型。當(dāng)將高頻信號(hào)輸入長線圈時(shí)，會(huì)在其中產(chǎn)生與線圈的中心軸相互平行的磁常擊穿前氣體中沒有電流通過，其中磁場是均勻的，磁場的數(shù)值由電流和線圈幾何條件決定；當(dāng)氣體擊穿后，電流通過氣體，則磁場分布將會(huì)變形，此時(shí)磁場所發(fā)生的變化不僅與線圈中存在的電流有關(guān)，還與氣體中生成的電流有關(guān)系。兩者共同作用的磁場與氣體的氣壓大孝電流頻率、氣體的性質(zhì)及容器尺寸都有一定的關(guān)系[38,39]。

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2.3感應(yīng)耦合等離子體所用的兩種天線將一個(gè)長度為L半徑為a的線圈纏繞到放電管上，該放電管呈現(xiàn)圓柱體型，用字母b表示其半徑，根據(jù)麥克斯韋方程可以得到在圓柱空間中的磁場隨時(shí)間的變化規(guī)律。中性氣體的放電擊穿，需要滿足一定的條件，即若要發(fā)生放電過程，自由電子的能量必須要足夠使氣體發(fā)生放電現(xiàn)象，而且電子在獲得該能量的過程一定要小于一個(gè)自由程，只有這樣才能發(fā)生放電，進(jìn)而形成等離子體，產(chǎn)生放電所要求的磁場強(qiáng)度0B（最小值）滿足的條件[40]：mvebBe012120（2.3）式中：1為在t時(shí)間內(nèi)電子所走過的距離；e0v為電子被加速達(dá)到的最低速度。當(dāng)氣壓p很大時(shí)，01ev，則由式（2.3）可得mebBve0120（2.4）ebmvBe1200（2.5）由于p與1成反比，在p較大的區(qū)域，0B與p成正比。在低氣壓下，01ev，則由式（2.3）可得ebmB10（2.6）即0B與p成反比，p小，0B增大。因此，當(dāng)氣壓朝高低兩個(gè)方向變化時(shí)，0B都會(huì)隨p的變化而變大，只有在某一p值下，磁場強(qiáng)度0B才有最小值。當(dāng)01ev時(shí)，可得0B的最小值為ebmvBe0min02（2.7）當(dāng)BwtBsin0時(shí)，在圓柱放電管截面上的電動(dòng)勢為btBdtdBbdtdcos022（2.8）


本文編號(hào)：3377117