氮气空心阴极辉光放电等离子体离子的蒙特卡罗模拟研究.PDF

第 26 卷 第 2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.26, No.2 2 0 0 6 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2006 文章编号：0254-6086(2006)02-0135-05 氮气空心阴极辉光放电等离子体离子的 蒙特卡罗模拟研究 1 1 2 3 张连珠 , 傅凤清 , 王增波 , 刘俊红 （1.河北师范大学物理科学与信息工程学院 石家庄 050016； 2.河北北方学院物理系, 张家口 075028; 3.石家庄学院物理系，石家庄 050035） + + 摘 要：采用蒙特卡罗模型对氮空心阴极放电等离子体鞘层离子（N2 、N ）的输运过程进行了模拟研究，计 + + 算了阴极鞘层中氮离子（N2 、N ）的能量及角分布的空间变化和粒子密度及平均能量随放电参数的变化规律。研 + + 究结果表明：空心阴极放电产生的氮离子，在鞘层输运过程中，N2 是密度几乎不变的低能粒子；N 是密度逐渐减 少的高能粒子。随着电压增加，N+密度减小，平均能量增加；N2+密度和平均能量变化不明显。能量及入射角的相 对分布规律与平板电极氮直流辉光放电基本类似，但圆筒空心阴极放电更有利于氮离子的产生。 关键词：氮圆筒空心阴极放电; 氮离子; 蒙特卡罗模型; 直流辉光放电 中图分类号: 0539 文献标识码: A 1 引言 解。 圆筒空心阴极放电(HCD)是一种特殊形式的辉 圆筒空心阴极放电，气体沿柱轴方向均匀放 光放电，其负辉区(NG)和阴极降落区(CDS)被阴极表 电，离子由鞘层边界向阴极运动中处于特殊的径向 面包围在圆筒内部。由于阴极特殊的几何结构，几 分布的电场中，粒子的运动情况、能量分布、散射 乎在负辉区内产生的所有离子都能轰击阴极表面， 及密度分布等，都与平板阴极有区别。魏合林等[4] 从而对二次电子发射及阴极溅射产生作用。电子在 对氦气空心阴极放电中鞘层区电子的输运进行了 圆筒阴极表面之间振动，使负辉区和阴极暗区内电 研究，韩俊波[5]等用蒙特-卡罗模拟方法对空心阴极 离、激发等各种碰撞几率提高，从而使电流密度和 放电鞘层区的氩离子进行了研究。目前对氮气空心 光强度大大增加[1] 。 阴极辉光放电理论模拟研究尚未见报道，因此，从 由于“空心阴极效应”