《磁化電漿的邊界層結構與邊界電場》是依託中國科學技術大學，由馬錦秀擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁化電漿的邊界層結構與邊界電場
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬錦秀
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
磁化電漿的邊界層結構不僅是基礎研究課題，而且無論對高溫磁約束電漿還是對低溫電漿材料處理都有重要套用前景。這一領域至今存在一些基本問題，其中對壁為正偏壓情況下的鞘層和磁預鞘結構及相應的邊界電場研究甚少、電子密度Boltzmann分布假設的適用程度尚不完全清楚、邊界層結構及邊界電場的實驗診斷非常稀少。針對這些問題，本項目擬開展磁化電漿中壁正偏壓情況下鞘層和預鞘結構及其邊界條件的理論和數值研究、電子密度非Boltzmann分布情況下的鞘和預鞘結構特性研究，並利用發射探針詳細診斷磁化或部分磁化的鞘和預鞘中電位分布和邊界電場，以期與理論模型對比。本項研究將獲取預鞘和電漿邊界電場與壁正偏壓的關係，以及壁正負偏壓下邊界層物理量分布與磁場的關係。該研究對理解磁約束電漿中邊界電場與約束性能改善的關係亦有重要意義。
結題摘要
磁化電漿的邊界層結構是近年來的一個重要研究方向之一。在該領域中，理論工作對邊界條件的重要性缺乏統一的認識，實驗工作非常少，對磁化的電子鞘以及電子密度的非玻爾茲曼分布等情況缺乏研究。本項目以磁化電漿邊界鞘層結構和邊界條件為主線，針對這一領域存在的幾個基本問題和近幾年引起人們興趣的問題開展理論和實驗工作，同時也對非磁化電漿鞘層的部分問題進行實驗研究。主要內容和結果如下： 1、理論研究了電負性電漿的磁化鞘層結構，發現邊界條件至關重要，自洽的邊界條件除了離子在壁法線方向的臨界馬赫數滿足的判據及其隨邊界電場的增大而增大外，還包括平行壁面的離子速度分量須滿足一定條件，否則離子密度分布在鞘邊緣出現非物理的尖峰。負離子的存在使鞘層變薄。 2、理論研究了斜磁場情況下電子反射效應和離子粘滯效應對磁化鞘層的影響。研究表明電子反射效應造成臨界馬赫數以及鞘層分布均依賴於壁偏壓，僅當壁負偏壓足夠高時考慮該效應的鞘層才與電子密度玻爾茲曼分布的常規鞘層結構接近。離子粘滯效應顯著增大鞘層厚度。 3、實驗研究了兩塊平行永久磁板中間垂直磁場方向的鞘層結構，發現正偏壓的金屬盤附近的邊界層呈現出獨特的結構：緊鄰盤面的電子鞘和虛陰極以及連線主電漿的弱離子鞘，該結構隨氣壓的升高而減弱。 4、在磁化電漿測試小腔室中實驗研究了垂直和平行磁場方向的鞘層分布，發現壁的懸浮電位在鞘層結構與磁場平行情況下是負的、而在垂直情況下是正的，鞘層後者薄於前者。 5、在非磁化的離子束本底電漿系統中開展了束上下游鞘層結構的對比，以及束引起二次電子發射形成的虛陰極結構等實驗工作。發現上下游鞘層的非對稱性和離子束對鞘層的壓縮作用。觀察到負偏壓壁附近的虛陰極鞘層結構，此結構隨離子束能量的升高而增強。 本項目的工作不僅是基礎研究課題，而且有助於理解磁約束電漿邊界以及低溫電漿與材料表面所發生的物理過程。本項目的成果為：在學術期刊上發表6篇論文，在全國性學術會議上做分組口頭報告3個，牆報展示8個，完成1個博士畢業論文和3個碩士畢業論文。
