髙电荷态ECR离子源微波与等离子体相互作用机制的数值模拟研究

批准号:
11705254
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
李吉波
依托单位:
学科分类:
A2802.加速器技术及应用
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭俊伟、马伟、申圳
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中文摘要
髙电荷态ECR离子源微波与等离子体的相互作用机制,目前并没有令人信服的理论解释。本项目拟构建完整的ECR离子源物理模型,通过粒子模拟(PIC)与蒙特卡罗(MC)相结合的方法对髙电荷态ECR离子源从放电初期到放电稳态过程中微波与等离子体的相互作用机制开展系统的数值模拟与理论研究,重点研究此过程中的微波场分布、带电粒子相空间分布以及它们随时间、空间的演化,同时通过对大量微观信息进行统计平均给出电子(离子)密度、温度、能量分布及速度分布等宏观的ECR等离子体特性,揭示高电荷态ECR离子源微波与等离子体相互作用的瞬态特性与微观机制。本项目的研究将进一步加深对ECR离子源物理机制的理解,对进一步提高ECR离子源性能、改进离子源设计提供更高效的理论指导。
英文摘要
The mechanism of the interaction between microwave and plasma in electron cyclotron resonance ion sources has not been reasonably explained by existing physical theory. In this project, a physical and computational model of ECR ion source has been proposed to study the interaction between microwave and plasma. A three-dimensional electromagnetic particle-in-cell plus Monte Carlo method is used to simulate the detailed microscopic information about the distributions of electromagnetic fields and charged particles from the initial stage to the steady state of ECR ion source, and the spatio-temporal evolution of the movements of charged particles and the absorption of microwave are shown. The macroscopic features of ECR ion source are also found by the statistical treatment of microscopic information. This study will provide a better understanding of the interaction between microwave and plasma, and meanwhile facilitate the development of ECR ion source and its design in the next generation.
本项目基于LAPECR1U离子源构建了完整的三维ECR离子源物理模型,并通过粒子模拟(PIC)与蒙特卡罗(MC)相结合的方法数值实现该模型。重点研究了ECR离子源从放电初始到放电稳态过程中的微波场分布、带电粒子相空间分布及其演化,同时通过对大量微观信息进行统计平均给出电子密度、温度分布等宏观的ECR等离子体特征参数,得到微波与ECR等离子体相互作用的瞬态特性与微观细节。在实验验证方面,系统研究了离子源外部参数对ECR等离子体热电子特性的影响,证实了微波加热导致的螺距角散射(microwave induced pitch angle scattering)这一热电子损失机制,并利用共振场平均梯度这一表征量解释热电子加热机制。本项目的研究加深了对ECR离子源物理机制的理解,对进一步提高ECR离子源性能、改进离子源设计提供一定的理论指导。
期刊论文列表
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专利列表
Effects of magnetic configuration on hot electrons in a minimum-B ECR plasma
磁构型对最小 B ECR 等离子体中热电子的影响
DOI:10.1088/1361-6587/ab9d8f
发表时间:2020-08
期刊:Plasma Physics and Controlled Fusion
影响因子:2.2
作者:J B Li;L X Li;B S Bhaskar;V Toivanen;O Tarvainen;D Hitz;L B Li;W Lu;H Koivisto;T Thuillier;J W Guo;X Z Zhang;H Y Zhao;L T Sun;H W Zhao
通讯作者:H W Zhao
3D particle-in-cell simulations of electron magnetic confinement in electron cyclotron resonance ion sources
电子回旋共振离子源中电子磁约束的 3D 细胞内粒子模拟
DOI:10.1063/1.5127546
发表时间:2020
期刊:Review of Scientific Instruments
影响因子:1.6
作者:Xiaolin Jin;Li Lei;Jibo Li;Tao Huang;Xiaoyan Zhang;Zhonghai Yang;Bin Li
通讯作者:Bin Li
Influence of electron cyclotron resonance ion source parameters on high energy electrons
电子回旋共振离子源参数对高能电子的影响
DOI:10.1063/5.0011403
发表时间:2020
期刊:Review of Scientific Instruments
影响因子:1.6
作者:J B Li;L X Li;L B Li;J W Guo;D Hitz;W Lu;Y C Feng;W H Zhang;X Z Zhang;H Y Zhao;L T Sun;H W Zhao
通讯作者:H W Zhao
高电荷态ECR离子源中的电子回旋不稳定性研究
- 批准号:12175285
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.00万元
- 批准年份:2021
- 负责人:李吉波
- 依托单位:
国内基金
海外基金
