双鞍型天线发射波与等离子体相互作用的理论研究
螺旋波等离子体最突出的优点是螺旋波能传播到等离子体芯部且没有密度限制，电子能得到大面积的加热，产生高密度的等离子体，电离效率高，因此在等离子体加工（薄膜沉积、刻蚀、材料表面处理）、高功率等离子体推进、聚变等离子体等领域得到广泛的应用。数值模拟射频天线与螺旋波等离子体的相互作用对理解等离子体的电离和加热机制至关重要。 本文在柱坐标中采用冷等离子体模型结合三维天线模型，基于Bessel函数的计算方法，用Fortran语言自主编写了程序HWAP数值模拟天线与等离子体的相互作用。在程序的可行性和准确性得到还原验证后，重点分析了双鞍型天线发射的波与均匀柱状等离子体相互作用时天线的结构和位置以及等离子体参数对波传播和吸收的影响。模拟结果表明：（1）在螺旋波频段，双鞍型天线发射的波在一定条件下能在等离子体中同时激发螺旋波（H波）和Trivelpiece-Gould（TG）波，区别于螺旋波，静电TG波表现为小尺度的振荡；（2）双鞍型天线耦合距离的变化可改变螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用，存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大；（3）天线轴向长度较短时，增大轴向长度能显著提升等离子体的功率沉积，在轴向长度为5cm附近时达到最大，此后随天线长度的增大，功率沉积缓慢降低，功率沉积主要由双鞍型天线发射的偶数轴向模主导；（4）磁场和密度是影响TG波和螺旋波在等离子体中传播和功率沉积的重要因素，过低的磁场会限制TG波和螺旋波在等离子体中传播，过高的磁场会限制TG波的深入传播，改变磁场和密度大小会改变螺旋波和TG波在功率沉积中的主导地位；（5）在一定频率范围内，功率沉积随波源频率呈非线性变化，存在一个运行频率使耦合功率达到最大。
螺旋波等离子体;双鞍型天线;发射波;功率沉积
南华大学
硕士
理论物理
杜丹
2021
中文
O53
2022-11-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）