【技术实现步骤摘要】
考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法及相关装置
[0001]本专利技术属于等离子体
，涉及一种考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法及相关装置。
技术介绍
[0002]等离子体技术是一种重要的加工处理技术，在多个领域均有重要应用，并逐渐发展成为微电子、半导体、材料、航天、冶金等产业的关键技术，在生物、医药、临床和环境等领域也有广泛应用。
[0003]等离子体是由大量粒子所组成的集合，其中包含电子、离子以及中性分子。电子在电场作用下与中性分子的碰撞行为是描述等离子体性质的重要维度。这些碰撞行为包括电离、吸附、解吸附、离子转换等过程。描述电离、吸附等过程的反应速率系数以及电子漂移速度、电子扩散系数等参数统称为电子群参数，电子群参数是进行等离子体数值模拟的重要输入参数。
[0004]电子群参数可以通过求解玻尔兹曼方程的方法计算得到，但是需要输入与之对应对的碰撞截面数据，这些碰撞截面数据往往是较难获得的。电子群参数还可以通过群实验测量得到。电子群实验是上世纪70年代逐渐发展并普遍开展的实验。此类实验可以用于测...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：测量气体在约化场强下的放电电流波形，得到实测电流波形；建立耦合电子电荷密度和不同种类离子电荷密度的电子崩时空发展模型；根据电子崩时空发展模型，采用有限体积法计算气体在约化场强下的放电电流波形，得到计算电流波形；采用遗传算法，以实测电流波形与计算电流波形的偏差最小为优化目标，计算气体在约化场强下的电子群参数。2.根据权利要求1所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述测量气体在约化场强下的放电电流波形是基于脉冲汤逊实验平台进行测量的；所述约化场强E/N为电场强度E与分子数密度N之比，其中E＝U/d，N＝p/k
B
T，U为电极间施加的电压，d为电极间距，p为压强，k
B
是玻尔兹曼常量，T为实验温度。3.根据权利要求1所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述电子崩时空发展模型如下：其中，M为n
×
n阶粒子转化矩阵，t为时间，x表示一维空间，D
L
为电子扩散系数，ρ为各粒子电荷密度的列向量，如下：ω为各粒子的漂移速度，如下：其中，n表示有n种粒子。4.根据权利要求1所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述采用有限体积法计算气体在约化场强下的放电电流波形，包括：(1)将放电空间划分为N
x
个一维网格，网格的左边界为阴极，网格的右边界为阳极；(2)当t＝0时，在靠近阴极的第一个单元格中释放初始电子，初始电子的数目为n0；(3)进行粒子漂移操作：将靠近阳极的最后一个单元格的电子移出一维空间，进而把每个单元格中的电子数目移动到下一个单元格中；其中，电子每进行ω
e
/ω
ion
次漂移操作后，离子才进行一次漂移操作，ω
ion
为离子的漂移速度，ω
e
为电子的漂移速度；(4)在每一个单元格内进行粒子间相互转化操作，具体为：ρ(x,t+Δt)＝Mρ(x,t)Δt+ρ(x,t)其中，ρ为各粒子电荷密度的列向量；x表示一维空间；t为时间；Δt为时间微元，且Δt
＝h/ω
e
；ω
e
为电子的漂移速度；h为每个网格的长度，且h＝d/N
x
；d为电极间距；N
x
为一维网格的数量；M为n
×
n阶粒子转化矩阵；(5)进行电子扩散操作：对于第2到N
x
‑
1个单元格，每个单元格中的扩散来自相邻的两个单元格，具体为：其中，ρ
e
为电子电荷密度，D
L
为电子扩散系数；对于第一个单元格，向阴极扩散的电子被反弹回第一个单元格：对于最后一个单元格，向阳极扩散的电子被阳极吸收：(6)计算当前时间微元下的电流值I
c0
(t)，具体为：其中，ρ
j
表示第j种粒子的电荷密度，ω
j
表示第j种粒子的漂移速度，x
i
表示第i个网格；(7)重复步骤(3)
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张博雅，郝迈，李兴文，姚雨阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。