 |
قیف یونی
معرفی
یک قیف یونی الکترودینامیکی وسیله ای کارآمد برای انتقال یون ها از مناطق با فشار بالا به خلاء بالا فراهم می کند. قیف یونی می‌تواند دستگاه‌هایی را که معمولاً در فشارهایی با درجه‌های مختلف کار می‌کنند، مانند طیف‌سنج‌های تحرک یونی و طیف‌سنج‌های جرمی، جفت کند و به مخلوط گازهای یونیزه شده اجازه جداسازی و تجزیه و تحلیل و در عین حال به حداقل رساندن تلفات را بدهد. به همین دلیل، قیف‌های یونی را می‌توان برای بهبود حساسیت ابزار در طیف گسترده‌ای از کاربردها، مانند تجزیه و تحلیل مولکول‌های بیولوژیکی پیچیده یا تشخیص مواد منفجره، استفاده کرد.
این مثال از رابط Charged Particle Tracing برای مدل‌سازی حرکت یون‌ها از طریق یک قیف یون الکترودینامیکی استفاده می‌کند. از ویژگی نیروی الکتریکی برای اعمال پتانسیل های DC و RF برای هدایت یون ها از طریق قیف استفاده می شود، در حالی که ویژگی نیروی برخورد الاستیک برای مدل سازی برخورد با مولکول های گاز پس زمینه استفاده می شود.
توجه: این برنامه به ماژول ردیابی ذرات نیاز دارد.
تعریف مدل
قیف یونی مجموعه ای همگرا از الکترودهای حلقه ای شکل عایق بندی شده است که هر کدام در معرض پتانسیل RF هستند و الکترودهای مجاور آن خارج از فاز هستند. پتانسیل RF یون ها را به صورت شعاعی محدود می کند در حالی که بایاس DC یون ها را به سمت الکترودهای باریک تر هدایت می کند. برهم نهی میدان های DC و RF یون ها را متمرکز می کند و اثرات پراکندگی حرارتی و دافعه کولمبی را خنثی می کند.
قیف یونی حاوی گاز بافر آرگون خنثی در 1 Torr است که فرض می شود از توزیع سرعت ماکسول پیروی می کند:
جایی که
• | v i (واحد SI: m/s) i مین مؤلفه سرعت است، |
• | m p (واحد SI: kg) جرم مولکولی است، |
• | T 0 (واحد SI: K) دما است و |
• | k = 1.3806488 × 10-23 J /K ثابت بولتزمن است . |
در این مثال ، مولکول‌های گاز زمینه دارای جرم مولی 0.04 کیلوگرم بر مول، برای جرم مولکولی 6.6422 × 10-26 کیلوگرم هستند . دما 293.15 کلوین در نظر گرفته شده است.
چگالی عددی گاز را می توان با استفاده از قانون گاز ایده آل محاسبه کرد.
که در آن R = 8.3144621 J/(mol·K) ثابت گاز جهانی است و N A = 6.02214129 × 10 23 1/mol ثابت آووگادرو است. برای فشار 1 Torr n = 3.294 × 1022 اتم بر متر مکعب به دست می آید .
برهمکنش یون‌ها با گاز پس‌زمینه با استفاده از گره برخورد با یک زیرگره الاستیک مدل‌سازی می‌شود . در هر مرحله زمانی که توسط حل کننده برداشته می شود، برای هر ذره مدل یک ذره گاز پس زمینه به طور تصادفی از توزیع ماکسول نمونه برداری می شود. فرکانس برخوردهای الاستیک سپس از روی مقطع برخورد، چگالی عدد گاز پس‌زمینه و سرعت نسبی ذره مدل با توجه به مولکول گاز پس‌زمینه نمونه‌برداری تصادفی محاسبه می‌شود:
که در آن مقطع برخورد σ (واحد SI: m2 ) معمولاً تابعی از انرژی جنبشی ذرات است. سپس احتمال برخورد به عنوان تابعی از فرکانس برخورد و اندازه گام زمانی محاسبه می شود:
این مدل از سه رابط فیزیک استفاده می کند: الکترواستاتیک، جریان های الکتریکی و ردیابی ذرات باردار. رابط های الکترواستاتیک و جریان های الکتریکی به ترتیب برای محاسبه فیلدهای DC و AC استفاده می شوند. سپس این میدان ها به رابط ردیابی ذرات باردار جفت می شوند، که حرکت یون ها را به دلیل میدان های الکتریکی و برهم کنش با ذرات خنثی در گاز پس زمینه مدل می کند. برهمکنش بین یون ها نادیده گرفته می شود. به منظور مدل‌سازی دقیق برخورد یون‌ها با گاز پس‌زمینه، میانگین زمان بین برخوردهای الاستیک باید به طور قابل‌توجهی بیشتر از حداکثر گام زمانی باشد که حل‌کننده برداشته است. گام برداری دقیق یا دستی توصیه می شود.
نتایج و بحث
پتانسیل الکتریکی در قیف یونی در شکل 1 نشان داده شده است . بایاس تدریجی DC یون های مثبت را از انتهای بزرگتر قیف به انتهای کوچکتر هدایت می کند. ولتاژ AC که بین الکترودهای مجاور خارج از فاز است، باعث می شود که گرادیان پتانسیل الکتریکی به الکترودها بسیار بزرگ شود و یون ها را در داخل قیف محصور نگه دارد.
شکل 1: پتانسیل ترکیبی DC و AC در قیف یونی در زمان t=0 رسم شده است.
مسیرهای یون در شکل 2 نشان داده شده است . از آنجایی که یون‌ها به ناحیه‌ای با اندازه کوچک محدود می‌شوند، می‌توان آن‌ها را به دستگاه دیگری مانند طیف‌سنج جرمی با کارآمدتر انتقال داد.
مختصات x و y ذرات در انتهای باریک قیف در شکل 3 نشان داده شده است . اگرچه یون ها در امتداد محور x مثبت آزاد می شوند، اما تا زمانی که به انتهای قیف می رسند، به طور یکنواخت در اطراف محور z توزیع می شوند . از آنجایی که گره Collision از اعداد تصادفی برای تعیین اینکه آیا برخورد در هر مرحله زمانی رخ می دهد یا خیر، استفاده می کند، نتایج ممکن است کمی متفاوت از نتایج نشان داده شده در شکل 2 و شکل 3 باشد .
شکل 2: مسیرهای یون های مثبت در قیف.
شکل 3: پرتره فاز که مختصات x و y یون ها را در انتهای باریک قیف نشان می دهد. عبارت رنگ برای ذراتی که از قیف خارج شده اند قرمز و در غیر این صورت آبی است.
ارجاع
1. AV Phelps، “کاربرد مقاطع عرضی پراکندگی در مدل های شار یونی در غلاف های تخلیه”، J. Appl. فیزیک جلد 76، صص 747-753، 1994.
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Electromagnetics_and_Particle_Tracing /ion_funnel
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Electric Fields and Currents>Electrostatics (es) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Electric Fields و Currents>Electric Currents (ec) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Particle Tracing>Charged Particle Tracing (cpt) را انتخاب کنید . |
7 | روی افزودن کلیک کنید . |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت Select Study ، Preset Studies for Some Physics Interfaces>Stationary را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
برای صرفه جویی در زمان، پارامترها را از یک فایل بارگیری کنید.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل ion_funnel_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، welec را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، telec را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، rmax را تایپ کنید . |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، welec را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، telec را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، rmax را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، telec+tgap را تایپ کنید . |
آرایه هایی حاوی الکترودهایی ایجاد کنید که با یکدیگر هم فاز هستند. این تنظیمات اجازه می دهد تا تعداد الکترودها را در هر زمان با تغییر پارامترهای مربوطه تغییر دهید.
آرایه 1 (arr1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی r1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع آرایه ، خطی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Size ، (Nstraight+1)/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2*(telec+tgap) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
8 | از فهرست نمایش در فیزیک ، انتخاب مرز را انتخاب کنید . |
9 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره‌ای New Cumulative Selection ، Domains to Subtract را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
11 | روی OK کلیک کنید . |
12 | در پنجره تنظیمات آرایه ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
آرایه 2 (arr2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی r2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع آرایه ، خطی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Size ، (Nstraight-1)/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2*(telec+tgap) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
8 | از فهرست نمایش در فیزیک ، انتخاب مرز را انتخاب کنید . |
9 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از لیست Contribute to ، Domains to Subtract را انتخاب کنید . |
10 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، welec را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، telec را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، rmin را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، hfunnel-telec را تایپ کنید . |
مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، welec را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، telec را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، rmin+(rmax-rmin)/Ninclined را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، hfunnel-(2*telec+tgap) را تایپ کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
آرایه 3 (arr3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی r3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع آرایه ، خطی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Size ، (Ninclined+1)/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 2*(rmax-rmin)/Ninclined را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن z ، -2*(telec+tgap) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست نمایش در فیزیک ، انتخاب مرز را انتخاب کنید . |
10 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از لیست Contribute to ، Domains to Subtract را انتخاب کنید . |
آرایه 4 (arr4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی r4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع آرایه ، خطی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Size ، (Ninclined-1)/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 2*(rmax-rmin)/Ninclined را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن z ، -2*(telec+tgap) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست نمایش در فیزیک ، انتخاب مرز را انتخاب کنید . |
10 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از لیست Contribute to ، Domains to Subtract را انتخاب کنید . |
یک مستطیل اضافه کنید تا دامنه مدل سازی را محصور کنید. توجه داشته باشید که مستطیل در فاصله کمی از محور تقارن قرار گرفته است. این باعث می شود مدل ردیابی ذرات قوی تر شود، زیرا نیروی گریز از مرکز وارد بر ذرات با نزدیک شدن مختصات شعاعی به صفر به بی نهایت نزدیک می شود.
مستطیل 5 (r5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، rmax+welec+10[mm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، hfunnel+20[mm] را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 0.2[mm] را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -10[mm] را تایپ کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی r5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | از لیست Objects to Subtract ، Domains to Subtract را انتخاب کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
الکترودهای عجیب و غریب
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Odd electrodes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، آرایه 1 و آرایه 4 را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
حتی الکترودها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Even electrodes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، آرایه ۲ و آرایه ۳ را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
تمام الکترودها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، همه الکترودها را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، الکترودهای فرد و الکترودهای زوج را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مرزهای بیرونی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Exterior boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 2، 3 و 148 را انتخاب کنید. |
همه مرزها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اتحادیه ، همه مرزها را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، همه الکترودها و مرزهای خارجی را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Perfect Vacuum را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
الکترواستاتیک (ES)
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک راست کرده و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پتانسیل الکتریکی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electric Potential را پیدا کنید . در قسمت متنی V 0 ، EDC*z را تایپ کنید . |
جریان های الکتریکی (EC)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electric Currents (ec) کلیک کنید .
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترودهای فرد را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن V 0 ، Vrf را تایپ کنید . |
ترمینال 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترودهای زوج را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن V 0 ، -Vrf را تایپ کنید . |
ردیابی ذرات باردار (CPT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Charged Particle Tracing (cpt) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی ذرات شارژ شده ، بخش Additional Variables را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی شامل درجات آزادی خارج از صفحه را انتخاب کنید . |
خواص ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Charged Particle Tracing (cpt) روی Particle Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Particle Properties ، قسمت Particle Mass را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن m p ، 0.146[kg/mol]/N_A_const را تایپ کنید . |
4 | قسمت Charge Number را پیدا کنید . در قسمت متن Z ، 1 را تایپ کنید . |
دیوار 2
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت وضعیت دیوار را پیدا کنید . |
4 | از لیست شرایط دیوار ، Bounce را انتخاب کنید . |
انتشار از گرید 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Release from Grid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتشار از شبکه ، بخش مختصات اولیه را پیدا کنید . |
3 |  روی R Range کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Range ، 2 را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Step ، 1 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت Stop text عدد 20 را تایپ کنید . |
7 | روی Replace کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای انتشار از شبکه ، قسمت Initial Velocity را پیدا کنید . |
9 | از لیست سرعت اولیه ، Maxwellian را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت متن N v ، 5 را تایپ کنید . |
نیروی الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Electric Force را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نیروی الکتریکی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش نیروی الکتریکی را پیدا کنید . از لیست E ، فیلد الکتریکی (es/ccn1) را انتخاب کنید . |
5 | بخش تنظیمات پیشرفته را پیدا کنید . تیک گزینه Use piecewise polynomial recovery on field را انتخاب کنید . |
نیروی الکتریکی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Electric Force را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نیروی الکتریکی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش نیروی الکتریکی را پیدا کنید . از لیست E ، فیلد الکتریکی (ec/cucn1) را انتخاب کنید . |
5 | بخش تنظیمات پیشرفته را پیدا کنید . از لیست زمان وابستگی فیلد ، زمان هارمونیک را انتخاب کنید . |
6 | تیک گزینه Use piecewise polynomial recovery on field را انتخاب کنید . |
اکنون مقاطع مورد استفاده برای مدل برخورد را تعریف کنید.
تعاریف
تقریب تحلیلی را برای مقطع تکانه برای پراکندگی الاستیک بین یون‌های SF 6 + و اتم‌های Ar خنثی از Ref وارد کنید. 1 که به انرژی جنبشی ذرات بستگی دارد.
تحلیلی 1 (an1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Analytic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، Qm را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، 1.15e-18*x^(-0.1)*(1+0.015/x)^0.6 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
ایکس | eV |
5 | در قسمت متن تابع ، m^2 را تایپ کنید . |
تقریب تحلیلی را برای برخورد الاستیک همسانگرد بین یون‌های SF 6 + و اتم‌های خنثی Ar از Ref وارد کنید. 1 که به انرژی جنبشی ذرات بستگی دارد.
تحلیلی 2 (an2)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Analytic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، Qi را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، 2e-19/(x^(0.5)*(1+x))+3e-19*x/(1+x/3)^(2.3) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
ایکس | eV |
5 | در قسمت متن تابع ، m^2 را تایپ کنید . |
ردیابی ذرات باردار (CPT)
برخورد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Collisions را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای برخوردها ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . در قسمت متن N d ، ND را تایپ کنید . |
5 | قسمت Collision Statistics را پیدا کنید . تیک Count all collisions را انتخاب کنید . |
الاستیک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Elastic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Elastic ، بخش Collision Frequency را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن σ ، Qi(cpt.Ep) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Collision Statistics را پیدا کنید . تیک Count collisions را انتخاب کنید . |
برخورد 1
در پنجره Model Builder ، روی Collisions 1 کلیک کنید .
تبادل شارژ رزونانسی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Resonant Charge Exchange را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تبادل شارژ رزونانس ، بخش فرکانس برخورد را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن σ ، (Qm(cpt.Ep)-Qi(cpt.Ep))/2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Collision Statistics را پیدا کنید . تیک Count collisions را انتخاب کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای حل برای جریان های الکتریکی (ec) و ردیابی ذرات باردار (cpt) را پاک کنید . |
دامنه بسامد
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Frequency Domain>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل برای الکترواستاتیک (es) و ردیابی ذرات باردار (cpt) را پاک کنید . |
5 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
6 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
7 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1، ثابت را انتخاب کنید . |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
پتانسیل الکتریکی (ها)
وقتی t = 0 یک نمودار خطی از پتانسیل الکتریکی ایجاد کنید .
مجموع پتانسیل های AC و DC
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، جمع پتانسیل های AC و DC را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
کانتور 1
1 | روی Sum of AC and DC Potentials کلیک راست کرده و Contour را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، V+V2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در فیلد متنی مجموع سطوح ، 30 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست نوع Contour ، پر شده را انتخاب کنید . |
6 | تیک Color legend را پاک کنید . |
7 | در نوار ابزار Sum of AC and DC Potentials ، روی  Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . این نمودار را با شکل 1 مقایسه کنید . نمودار نشان می دهد که گرادیان پتانسیل در ناحیه اطراف الکترودها تند است. بزرگی میدان الکتریکی بزرگ در این ناحیه یون‌ها را در داخل قیف محدود می‌کند. |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای الکترواستاتیک (es) و جریان‌های الکتریکی (ec) پاک کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 |  روی Range کلیک کنید . |
3 | در کادر محاوره‌ای Range ، 1e-5 را در قسمت متنی Step تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن توقف ، 15e-4 را تایپ کنید . |
5 | روی Replace کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
7 | از لیست Tolerance ، User controlled را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-3 را تایپ کنید . |
9 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
10 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
11 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1، دامنه فرکانس را انتخاب کنید . |
راه حل 3 (sol3)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 3 (sol3) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش تحمل مطلق کلیک کنید . |
4 | از لیست روش تحمل ، دستی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی Absolute tolerance ، 1e-4 را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . از لیست محدودیت حداکثر گام ، Constant را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن حداکثر گام ، 1e-8 را تایپ کنید . |
8 | برای گسترش بخش Output کلیک کنید . کادر بررسی نیروهای واکنش فروشگاه را پاک کنید . |
9 | کادر بررسی مشتقات زمان فروشگاه را پاک کنید . |
10 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Time-Dependent Solver 1 را گسترش دهید ، سپس روی Advanced کلیک کنید . |
11 | در پنجره تنظیمات برای پیشرفته ، بخش عمومی را بیابید . |
12 | از لیست Solver log ، Minimal را انتخاب کنید . |
13 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
مسیر ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Particle Trajectories (cpt) را گسترش دهید ، سپس روی Particle Trajectories 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مسیر ذرات ، بخش رنگ‌آمیزی و سبک را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست نوع ، خط را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Particle Trajectories (cpt) ، روی  Plot کلیک کنید . نتیجه را با شکل 2 مقایسه کنید . |
موقعیت ذرات عرضی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، موقعیت های ذرات عرضی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Particle 1 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 0.0015 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
پرتره فاز 1
1 | در نوار ابزار Transverse Particle Positions ، روی  More Plots کلیک کنید و Phase Portrait را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاز پرتره ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست محور x ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Expression text qr*cos(qphi) را تایپ کنید . |
5 | از لیست محور y ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Expression text qr*sin(qphi) را تایپ کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی Phase Portrait 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، qz>120[mm] را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Transverse Particle Positions ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . نمودار حاصل را با شکل 3 مقایسه کنید . |
یک انیمیشن ایجاد کنید که اجزای x – و y – موقعیت ذرات را در طول زمان نشان دهد.
انیمیشن 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  انیمیشن کلیک کنید و فایل را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انیمیشن ، بخش Target را پیدا کنید . |
3 | از لیست هدف ، Player را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Scene را پیدا کنید . از فهرست موضوع ، موقعیت‌های ذرات عرضی را انتخاب کنید . |
5 |  روی دکمه Play در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
در نهایت، یک نمودار 1 بعدی ایجاد کنید که موقعیت شعاعی متوسط را در طول زمان نشان دهد. بیان رنگ را به عنوان نیروی شعاعی کل، میانگین روی همه ذرات تنظیم کنید.
میانگین موقعیت ذرات شعاعی
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، میانگین موقعیت ذرات شعاعی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Particle 1 را انتخاب کنید . |
ذره 1
1 | در نوار ابزار Average Radial Particle Position ، روی  More Plots کلیک کنید و Particle را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ذرات ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Charged Particle Tracing>Particle position>qr – Particle position، r component – m را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Data Series Operation را پیدا کنید . از لیست عملیات ، میانگین را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی Particle 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)> Charged Particle Tracing> Forces>Total force – N>cpt.Ftr – Total force, r component را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Average Radial Particle Position ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
