强脉冲离子束产生的烧蚀等离子体特性的研究

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1、大连理工大学博士学位论文强脉冲离子束产生的烧蚀等离子体特性的研究姓名：谭畅申请学位级别：博士专业：等离子体物理指导教师：马腾才;张家良20060401谭畅：强脉冲离子束产生的烧蚀等离子体物理特性的研究起着决定的影响，本文利用发射光谱的空间分辨，精确的计算出烧蚀等离子体中各种成分粒子的扩散速度，并且估算出烧蚀等离子体的整体扩散速度。相对于其他诊断方法，如快速照相机连续拍照等方法给出了更为精确的结果，并为进一步发展PIB制备薄膜技术，提供实验依据。结果表明：当TMEP．1I加速器产生的IPIB与聚乙烯靶相互作用产生出烧蚀等离子

2、体，等离子体中的所有成分都以一个速度在真空中扩散。通过光学测量方法得到烧蚀等离子体的整体速度沿着靶的法线方向向外大约为1000州J，这个结果是在加速器的工作参数为如下条件时获得的：一个Pm脉冲的平均能量密度约为4J／cm2，单脉冲总能量约为12,1，脉冲宽度约为70ns。这种方法测量速度的相对误差小于10％。为了从微观上揭示烧蚀等离子体的物理特性，我们建立了一个数学物理模型，来描述烧蚀等离子体的扩散行为。用计算机模拟的方法，给出微观的物理图象，结果与实验上所观测到的现象符合的较好。为继续研究烧蚀等离子体的应用提供理论依据。

3、我们在研究过程中，建立了随时间变化的烧蚀等离子体扩散的流体力学方程，描述了烧蚀等离子体的各项物理参数的时空演化，发现密度和速度的最大值并没有出现在等离子体源处，而是某一时刻，远离靶表面的某一位置。按照烧蚀等离子体的产生时间和扩散时间，分段给出初始条件和边界条件，能够很好的模拟出烧蚀等离子体扩散和发展的变化，与实验结果符合的很好。建立的模型适用于IPIB轰击任何固体靶的物理过程，调整计算参数能够实现不同束流密度条件下，同样可以给出烧蚀等离子体的时空演化规律。通过模拟可以得到不同成分烧蚀等离子体速度和密度的演化规律，能够为制备

4、不同成分薄膜技术工艺提供相应的理论依据。关键词：强脉冲离子束：烧蚀等离子体；发射光谱；数值模拟；聚乙烯大连理工大学博士学位论文InvestigationonCharacteristicsofAblationPlasmaInducedbyIntensePulsedIonBeamAbstractItisknownthatintensepulsedionbeam(口IB)haveahi曲viabilitytobeusedasalle伍cientenergeticsourceforrapidfilmdepositionanddir

5、ectsurfacemodification．Uptonow．however．thereisstilllackofasystematicworktorevealtheinfluenceofIPIBonthefilmdepositionandmatedalmodificationalthoughtherearelorsofPaDershavebeenpublishedinthefield．Inthepresentwork．thecharacteristicsofablationplasmainducedbyIPIBareal

6、Iinvestigatedindetail．Theapplicationofablationplasmainducedbv口113isanimportantaspectofIPIBindustrialapplications，especiallyonfilmdepositionandultrafmenano-powderproduction．Therefore，ithassignificanceontheoreticalandexperimentalinvestigationofthecharacteristicsofab

7、lationplasma,whichisbenefitonthedevelopmentofIPIBtechnology．Sincethefastinteractionprocessof口mandsolidtarget，wefirstlydiagnosticatethecharacteristicsofablationplasmausingtemporallyresolvedemissionspectroscopy．Wepresenttheresearchontheopticalemissionspectra(OES)oft

8、heablationplasmainducedonthesurfaceofapolyethylenetargetbvIPIBproducedintheTEMP—IIacceleratorofourlaboratory．ItcanbevedfiedfromtheOESthattheablationplas