lect-34二體彈性碰撞及其理論

NumericalmethodsforPlasmaFluidmodelsHybridmodelsKineticmodelsPICmodelsDawson，Buneman，Hockney與Birdsall等學(xué)者于二十世紀(jì)五十年代中期起逐漸發(fā)展而來(lái)SimulationmethodsforsputteringSputteringformajorapplications:depositionoretchingDischargePlasmaEnergeticionsinteractionwithTargetTargetedatomssputteringSputteredatomsthroughtheplasmaDepositionPlasmaCharacteristics:Fluid,Hybrid,PIC,SolvingBoltzmannErosionprofileofmaterials:MC,MDDeposition:MC,MDTransportandDeposition:MCPICplusdirectMonteCarloapproach

Plasma,neutralgas,andsurfacereactionsAtlowpressure,plasmasdonotfollowMaxwelliandistributionFastelectronstracked,slowelectronsandions,fluidmodel

Sputtering:MCMD在幾個(gè)帕的氣壓范圍內(nèi)，由于電子和離子并不滿足熱平衡分布，流體假設(shè)也會(huì)存在問(wèn)題?；旌夏Ｐ?電子分為兩組，快電子和慢電子?？祀娮硬捎肕onteCarlo方法被跟蹤，慢電子和離子仍然以流體處理.通過(guò)對(duì)平面磁控濺射裝置進(jìn)行粒子模擬發(fā)現(xiàn)，在鞘層區(qū)域電子滿足麥克斯韋分布，而離子不是很好地滿足麥克斯韋分布。為了預(yù)測(cè)材料改性（濃度分布）的結(jié)果，需要了解：1）PSII鞘層的特性（包括離子轟擊到表面的能量）2）離子在材料中的能量損失3）離子在材料中的傳輸（射程分布、濃度分布）4）材料的表面層的原子運(yùn)動(dòng)情況Energyionsrange:>10keVSimulationmethodsforimplantedionsinsolid離子在固體中運(yùn)動(dòng)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬模擬離子在固體中運(yùn)動(dòng)的方法有三種：（1）數(shù)值求解Boltzmann方程，確定離子的濃度分布和射程等。（2）Monte-Carlo（MC）模擬方法，它是建立在二體碰撞基礎(chǔ)之上的。（3）分子動(dòng)力學(xué)（MolecularDynamics–MD)模擬方法。嚴(yán)格地求解牛頓力學(xué)方程組，使用于低能碰撞過(guò)程。Plasma-solidinteractioninfusiondevices邊緣等離子體和其周圍壁的相互作用將對(duì)等離子體芯部產(chǎn)生重要的影響

邊緣等離子體是熱絕緣層，同時(shí)控制雜質(zhì)進(jìn)入到等離子體芯部；壁受很強(qiáng)的熱負(fù)荷以及來(lái)自芯部粒子的轟擊，材料腐蝕及雜質(zhì)產(chǎn)生；氫的再循環(huán)過(guò)程的控制及對(duì)等離子體密度控制的影響；在熱和粒子作用下材料性能的穩(wěn)定及使用安全性/微觀結(jié)構(gòu)的變化中子輻照后材料活化及變性偏濾器主要功能有效地屏蔽來(lái)自器壁的雜質(zhì)，減少對(duì)中心等離子體的污染。排出來(lái)自中心等離子體的粒子流和熱流。以及核聚變反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的氦灰。偏濾器偏濾器是構(gòu)成高溫等離子與材料直接接觸的過(guò)渡區(qū)域：一面是溫度高達(dá)天文數(shù)字(幾億度)的等離子體,另一方面是通常的固體材料。偏濾器是現(xiàn)代磁約束核聚變裝置中至關(guān)重要的組成部分DivertorIsaKeyComponentofModernMagneticConfinementSystems大部分來(lái)自于中心等離子體的熱流粒子流通過(guò)邊界層，Scrape-Off

Layer

(SOL)，進(jìn)入偏濾器。等離子體轟擊導(dǎo)至偏濾器表面的損傷，熱負(fù)載，甚至破壞直接面對(duì)等離子體的部件。來(lái)自材料表面的中性粒子(原子,分子)以及雜質(zhì)反過(guò)來(lái)影響邊界以及中心等離子體的性能。此外，由等離子體與表面相互作用而產(chǎn)生的雜質(zhì)會(huì)與D，T共同沉積(Redeposition)于等離子體輻照較弱的區(qū)域，導(dǎo)致核聚變反應(yīng)堆中氚的滯留(TritiumRetention)問(wèn)題。偏濾器研究涉及到等離子體物理,原子物理

以及表面物理等交叉領(lǐng)域

SOLDivertorDivertorStudiesInvolvePlasmasPhysics,AtomicPhysicsandSurfacePhysicsFeaturesFutureoperationregime:ELMyHmodeSteadystateoperation:(Partialdetachment)Transientevents:(ELMs,Disruption)Normally,lessthan300eV.However,theheatfluxishuge.Energyupto100MeVDepositpoweruptoGW/m2FutureburningplasmamachinesEdgelocalizedmodes(ELMs)AnMHDinstabilityoccurringintheedgeofH-modeplasmasintoroidalmagneticfusionexperiments,isdescribed.ScientificWritingH-modeisaregimeofenhancedconfinementintoroidalmagneticfusiondevicesELMsleadtoafast(ms)lossofenergyandparticlesfromtheplasmaedge.ELMsdegradetheglobalparticleandenergyconfinementtime.ThereductioncausedbyELMtransportismuchmoreseverefortheparticleconfinementthanforenergyconfinementtime.IndividualELMsdecreasetheplasmaenergyandparticlecontentbyroughly5–10%.ModelingmethodsforPSIInFusiondevices

二體彈性碰撞及其二體彈性碰撞理論

（Trim程序）2.1二體彈性碰撞過(guò)程固體中的二體碰撞的分類?按參與碰撞粒子的種類劃分：入射離子（或載能原子）靜止靶原子的碰撞反沖原子靜止靶原子的碰撞?按能量損失的方式劃分：彈性碰撞非彈性碰撞離子的能量損失、射程分布?濺射產(chǎn)額?表面的成分變化?表面的輻照損傷?散射能譜（表面分析）研究二體彈性碰撞的重要性：T=E2應(yīng)該為+射程的概念

?離子以一定的初始能量E0入射到固體表面時(shí)，將與固體中的原子發(fā)生一系列的彈性和非彈性碰撞，并逐漸損失能量，最終停止在固體內(nèi)部。另一方面，由于不斷地受到靶原子的碰撞，離子的運(yùn)動(dòng)方向不斷地改變。這樣，離子在固體中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條折線。簡(jiǎn)單射程理論濺射物理濺射產(chǎn)額的定義濺射的分類簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)濺射線性級(jí)聯(lián)濺射熱釘扎濺射單一撞擊濺射是在入射離子的能量為幾十電子伏特范圍內(nèi)，且離子的能量是在一次或幾次碰撞中被損失掉。入射離子的能量范圍一般在keV-MeV，且級(jí)聯(lián)運(yùn)動(dòng)主要是在離子的路徑周圍產(chǎn)生的。通常是由中等能量的重離子轟擊固體表面而造成的。Sigmund的線性級(jí)聯(lián)碰撞理論分析：離子以能量及角度入角射進(jìn)靶的表面層，并與靶原子發(fā)生一系列的彈性碰撞（忽略靶電子的激發(fā)）。同時(shí)靶原子在碰撞過(guò)程中得到能量后做反沖運(yùn)動(dòng)，并能引起其它原子做反沖運(yùn)動(dòng)。因此，在入射離子的路徑周圍形成一系列的做碰撞級(jí)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的原子。如果某一做級(jí)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的原子向著固體表面方向運(yùn)動(dòng)，且其動(dòng)能大于表面的束縛能時(shí)，則可能克服表面的約束而形成濺射原子。很顯然，濺射產(chǎn)額的大小與參加級(jí)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的原子個(gè)數(shù)成正比、而原子做級(jí)聯(lián)運(yùn)動(dòng)所需的能量來(lái)自于入射離子的能量損失。因此，可以說(shuō)濺射產(chǎn)額的大小與入射離子的能量沉積過(guò)程（核阻止本領(lǐng)）有關(guān)。ComparisonAnalyticequationsforerosionofcarbonunderhydrogenbombardment

JRoth,JNM266±269(1999)51±57Thetotalerosionyieldofcarbonunderhydrogenbombardment,Ytot,iscomposedofthreecomponents:thephysicalsputteringyield,Yphys,thethermalerosionyield,Ytherm,enhancedbyradiationdamageandthesputteringofradicals,Ysurf:whereDisaparameterdependingonthehydrogenisotope.around1.7eV,r.0.3eVComparisonofexperimentaldataforthetemperaturedependenceofthechemicalerosionofcarbonunderdeuteriumbombardmentwiththeanalyticmodel.Dataf