 |
مدل راکتور پلاسمای جفت شده خازنی آرگون/اکسیژن
معرفی
این آموزش یک راکتور پلاسما کوپل شده خازنی آرگون/اکسیژن را به صورت 1 بعدی مدل می کند. هدف این است که نشان دهیم چگونه می توان مدلی با مخلوطی از عناصر مختلف (در این مورد Ar و O 2 ) تهیه کرد که در آن یکی از گونه ها می تواند با برخورد الکترون تفکیک شود (O 2 به O تجزیه می شود) و جایی که یون های منفی وجود دارد ( اتصال الکترون تجزیه ای O 2 O – را ایجاد می کند .
شیمی پلاسما ساده شده برای بحث در مورد جنبه های اصلی چنین تخلیه استفاده می شود. مهم است که به خاطر داشته باشید که معیاری در نظر گرفته نشده است و ایده ارائه یک مورد پایه است که می تواند برای توسعه شیمی های پیچیده تر استفاده شود. در واقع، ممکن است لازم باشد داده‌های مورد استفاده را اصلاح کرده و واکنش‌های بیشتری برای دستیابی به تأیید آزمایشی اضافه کنیم.
در این مدل، بسیاری از ویژگی‌های مورد استفاده برای تنظیم شیمی پلاسما به‌طور خودکار از یک فایل متنی با استفاده از افزونه Plasma Chemistry ایجاد می‌شوند.
تعریف مدل
مدل ارائه شده در اینجا یک بعدی است و تکامل دوره‌ای فضا و زمانی چندین ویژگی ماکروسکوپی پلاسما را که در یک شکاف 4.5 سانتی‌متری در 50 میلی‌تورر و برای توان جذبی 10 وات حفظ می‌شود، توصیف می‌کند. تحرک الکترون و سایر خواص انتقال الکترون عبارتند از به طور خودکار از واکنش های برخورد الکترون محاسبه می شود.
تحریک الکتریکی
الکترود رانده شده دارای قدرت ثابتی است. این با بیان و محدودیت زیر در پتانسیل الکتریکی مطابقت دارد:
(1)
(2) 
.
.محدودیت در معادله 2 برای محاسبه پتانسیل RF، V به گونه ای استفاده می شود که مقدار ثابتی از توان به پلاسما سپرده شود.
شیمی پلاسما
یون‌های منفی در تخلیه‌های گازی مولکولی خاصی (مانند کلر، اکسیژن، هیدروژن، فلوئوروکربن‌ها و غیره) ایجاد می‌شوند و این تخلیه‌ها تمایل به داشتن ترکیبات شیمیایی پیچیده پلاسما با یون‌های فراوان، محصولات تجزیه‌پذیر و حالت‌های برانگیخته دارند. در اینجا از شیمی پلاسما ساده استفاده شده است و هیچ معیاری در نظر گرفته نشده است. در واقع، ممکن است لازم باشد داده‌های مورد استفاده را اصلاح کرده و واکنش‌های بیشتری برای دستیابی به تأیید آزمایشی اضافه کنیم. با این وجود، این شیمی پلاسما اجازه می دهد تا جنبه های اصلی تخلیه الکترونگاتیو را نشان دهد. شیمی پلاسما برای اکسیژن بر اساس چیزی است که در Ref. 1 (از بخش «مجموعه داده‌ها برای اکسیژن»، صفحه 270) اما واکنش‌های برخورد الکترون بیشتر از Ref. 2به صورت مقطع برخورد الکترون. یک بحث خوب در مورد شیمی پلاسمای اکسیژن/آرگون در فشارهای پایین را می توان در Ref. 3 .
آرگون یکی از ساده ترین مکانیسم هایی است که در فشارهای پایین اجرا می شود. حالت‌های برانگیخته الکترونیکی را می‌توان به یک گونه منفرد تبدیل کرد، که منجر به یک مکانیسم شیمیایی متشکل از تنها 3 گونه و 7 واکنش ارائه‌شده در جدول 1 می‌شود (مقاطع برخورد الکترون از مرجع 4 بدست می‌آید ).
واکنش | فرمول | نوع |  |
1 | e+Ar=>e+Ar | کشسان | – |
2 | e+Ar=>e+Ars | برانگیختگی | 11.5 |
3 | e+Ars=>e+Ar | فوق الاستیک | -11.5 |
4 | e+Ar=>2e+Ar+ | یونیزاسیون | 15.8 |
5 | e+Ars=>2e+Ar+ | یونیزاسیون | 4.24 |
6 | ارس+ارس=>ای+ار+ار+ | یونیزاسیون پنینگ | – |
7 | ارس+ار=>ار+ار | کوئنچینگ فراپایدار | – |
اکسیژن مجموعه واکنشی بسیار غنی‌تری دارد که شامل برانگیختگی‌های ارتعاشی و چرخشی، برانگیختگی چندین حالت برانگیخته الکترونیکی، تفکیک ضربه الکترون، پیوست تجزیه‌ای و بسیاری موارد دیگر است. واکنش‌های برخورد الکترون با O 2 از Ref. 5 و واکنش ضربه الکترون با O از Ref. 6 به جز e+O-=>O+e+e که از Ref. 1 . واکنش های برخورد الکترون مورد استفاده در این مدل در جدول 2 ارائه شده است. ساده‌سازی‌های زیر انجام شد: اتصال 3 بدنه شامل نمی‌شود، حالت‌های چرخشی و ارتعاشی به‌صراحت مورد بررسی قرار نمی‌گیرند، اما تلفات انرژی در نظر گرفته می‌شوند، واکنش تحریک تجزیه‌ای در 14.7 eV شامل نمی‌شود، تفکیک قطبی شامل نمی‌شود، واکنش معکوس با تعادل دقیق برای حالت های برانگیخته O 2 و O گنجانده نشده است . تنها حالت‌های برانگیخته با اکسیژن که به صراحت حل می‌شوند عبارتند از دلتای منفرد ناپایدار اکسیژن مولکولی O 2 ( a1 Δg ) و حالت ناپایدار O( 1D ).
واکنش | فرمول | نوع |  |
1 | e+O 2 =>O+O – | دلبستگی تجزیه ای | – |
2 | e+O 2 =>e+O 2 | کشسان | – |
3 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک چرخشی | 0.02 |
4 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک ارتعاشی | 0.19 |
5 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک ارتعاشی | 0.19 |
6 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک ارتعاشی | 0.38 |
7 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک ارتعاشی | 0.38 |
8 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک ارتعاشی | 0.57 |
9 | e+O 2 =>e+O 2 | تحریک ارتعاشی | 0.75 |
10 | e+O 2 =>e+O 2 (a 1 Δ g ) | برانگیختگی | 0.977 |
11 | e+O 2 =>e+O 2 | برانگیختگی | 1.627 |
12 | e+O 2 =>e+O 2 | برانگیختگی | 4.5 |
13 | e+O 2 =>e+O+O | برانگیختگی تجزیه ای | 6.0 |
14 | e+O 2 =>e+O+O( 1 D) | برانگیختگی | 8.4 |
15 | e+O 2 =>e+O 2 | برانگیختگی | 9.97 |
16 | e+O 2 =>e+O 2 + | یونیزاسیون | 12.06 |
17 | e+O=>e+O | کشسان | – |
18 | e+O=>e+O( 1 D) | برانگیختگی | 1.968 |
19 | e+O=>e+O | برانگیختگی | 4.192 |
20 | e+O=>e+c | یونیزاسیون | 13.618 |
21 | e+O – =>O+e+e | جدا شدن ضربه الکترون | ساعت 12.00 |
در جدول 3 واکنش گونه های سنگین شامل یون ها ارائه شده است. برای واکنش 6 از همان ثابت سرعت مانند واکنش 2 استفاده می شود.
واکنش | فرمول | تایپ کنید |
1 | O + + O 2 => O + O 2 + | انتقال شارژ |
2 | O + + O – => O + O | نوترکیبی متقابل |
3 | O – +O 2 + =>3O | نوترکیبی متقابل |
4 | O – + O 2 + => O + O 2 | نوترکیبی متقابل |
5 | O – +O 2 =>O 2 +e | کناره گیری |
6 | O – +Ar + =>O+Ar | نوترکیبی متقابل |
علاوه بر واکنش های حجمی، واکنش های سطحی زیر نیز اجرا می شود.
واکنش | فرمول | ضریب چسبندگی | ضریب انتشار ثانویه | انرژی متوسط الکترونهای ثانویه (V) |
1 | ارس=>ار | 1 | 0 | 0 |
2 | Ar + => Ar | 1 | 0.07 | 5.8 |
3 | O=>0.5O 2 | 0.2 | 0 | 0 |
4 | O 2 + => O 2 | 1 | 0.05 | 4 |
5 | O – => O | 1 | 0 | 0 |
6 | O 2 (a 1 Δ g )=>O | 1 | 0 | 0 |
7 | O( 1 D) => 0.5O 2 | 0.2 | 0 | 0 |
8 | O + => O | 1 | 0.05 | 4 |
با استفاده از واکنش های سطحی است که شرایط مرزی برای گونه های سنگین در مدل معرفی می شود. اگر هیچ واکنش سطحی که منجر به گم شدن یک گونه معین در یک سطح شود، در مدل معرفی نشود، آن گونه با حمل و نقل تلفات نخواهد داشت. این می تواند منجر به رشد نامحدود یک گونه معین شود و در مورد پلاسما، رابط دوره زمانی به این معنی است که یک حالت پایدار دوره ای ممکن است امکان پذیر نباشد.
نوترکیب اتمی (واکنش 3 در جدول 4 ) در یک سطح یک جنبه مهم از تخلیه پلاسما با گونه های مولکولی است زیرا بر درجه تفکیک در تخلیه تأثیر می گذارد. ضریب چسبندگی برای نوترکیب اتمی تابعی از نوع سطح و دما است.
پلاسماهای الکترونگاتیو
پلاسمای الکترونگاتیو پلاسماهایی هستند که حاوی یون های منفی هستند. یون‌های منفی عمدتاً با اتصال تجزیه‌ای الکترون ایجاد می‌شوند (به عنوان مثال، e+O 2 =>O+O – ). این واکنش در انرژی‌های الکترونی کم بسیار مؤثر است و می‌تواند الکترونهای یک تخلیه را تا حدی کاهش دهد که تخلیه یون-یون به دست آید. مکانیسم‌های انتقال و ایجاد/تخریب حجم در بسیاری از جنبه‌ها از پلاسمای الکتروپوزیتیو پیچیده‌تر هستند. در اینجا تنها چند مورد با تأکید بر دشواری های عددی که آنها معرفی می کنند ذکر می شود. اطلاعات بیشتر را می توان در Ref. 1 بخش 10.3 و مراجع در آن.
در تخلیه های الکترونگاتیو یون های منفی به خوبی توسط میدان الکتریکی دوقطبی محدود می شوند و تلفات ناشی از انتقال بسیار ناچیز است. این بدان معنی است که برای دستیابی به یک حالت پایدار، باید تلفات حجمی برای یون های منفی لحاظ شود. مکانیسم‌هایی که یون‌های منفی از بین می‌روند به مخلوط گاز و فشار بستگی دارد و عبارتند از: نوترکیب متقابل با یون‌های مثبت (مثلاً O – +O + =>O+O یا O – +Ar + =>O+Ar) ، جدا شدن در برخورد با اتم ها یا مولکول های برانگیخته یا خنثی (به عنوان مثال، O – +O=>O 2 +e یا O – +O 2 =>O+O 2 +e) و جدا شدن از برخورد الکترون (به عنوان مثال، e+O – =>O+2e).
در تخلیه های الکترونگاتیو اغلب می توان با استفاده از الکترونگاتیوی دو ناحیه فضایی را با استفاده از الکترونگاتیوی (نسبت چگالی یون منفی به چگالی الکترون) شناسایی کرد: (i) یکی در هسته تخلیه (هسته الکترونگاتیو) با الکترونگاتیوی بالا که در آن بار غالب وجود دارد. گونه ها یون های مثبت و منفی هستند. (ii) و دیگری نزدیک به مرزها (لبه های مثبت الکتریکی) که در آن گونه های باردار غالب الکترون و یون های مثبت هستند. در انتقال بین این دو منطقه، چگالی یون منفی به طور ناگهانی کاهش می‌یابد و پدیده‌ای شبیه به کلک ایجاد می‌کند. این انتقال باید از نظر فضایی به خوبی حل شود. اگر نه، نوسانات را می توان در چگالی یون منفی مشاهده کرد و ممکن است مدل همگرا نشود. برخی از راهکارها برای مقابله با این موارد عبارتند از:
• | دمای یون منفی را حدود 0.3 eV افزایش دهید. دمای یون بالاتر انتقال عددی را آسان تر می کند. دمای یون در بخش Mobility and Diffusivity Expressions در تنظیمات گونه تعریف شده است . به طور پیش فرض دمای یون دمای گاز است. |
• | در بخش تثبیت ناسازگار ، انتشار ایزوتروپیک را برای یون‌ها فعال کنید (بخش‌های تثبیت زمانی که Stabilization در Show More Options انتخاب شده است، قابل مشاهده هستند ). این گزینه انتشار مصنوعی را به همه یون‌ها اضافه می‌کند و به صاف کردن انتقال شدید چگالی یون منفی بین لبه الکترو مثبت و هسته الکترونگاتیو کمک می‌کند و همچنین چگالی یون‌های منفی در لبه الکتروپوزیتیو را افزایش می‌دهد و به طور موثر تلفات آن را با انتقال افزایش می‌دهد. این گزینه باید با دقت بسیار مورد استفاده قرار گیرد زیرا در صورت استفاده از انتشار بیش از حد می توان نتایج کاملاً اشتباهی به دست آورد (پارامتر تنظیم برای یون ها نباید بزرگتر از 0.1 باشد). یک استراتژی مفید این است که با یک بزرگ شروع کنیدپارامتر را برای یون ها تنظیم کنید (مثلاً 0.5) و با استفاده از یک جارو کردن کمکی آن را به سمت پایین افزایش دهید . |
یون های منفی به خوبی در هسته تخلیه محصور شده اند و می توانند چگالی ناچیزی در لبه ها به دست آورند. اگر چگالی خیلی کم شود می تواند یک مشکل عددی ایجاد کند. برای غلبه بر این مشکل، لازم است مقداری ساخت مصنوعی اضافه شود که با فعال کردن تثبیت منبع واکنش قابل دستیابی است .
ورودی
هنگام حل پلاسماهایی که حاوی بیش از یک عنصر (مثلاً Ar و O 2 ) در پلاسما، رابط تناوبی زمانی هستند، کسر جرمی هر عنصر در صورت عدم استفاده از محدودیت حفظ نمی شود. این مشکل از نظر ماهیت مشابه مشکلی است که هنگام حل معادلات ناویر-استوکس در حالت پایدار بدون تثبیت فشار در جایی یافت می شود. شرط مرزی ورودی ، کسر جرمی یا کسر مولی گونه‌های مشخص شده را ثابت می‌کند و در این مدل به عنوان یک استراتژی برای تثبیت کسر جرمی O 2 در مرز چپ حتی اگر هیچ شار در سیستم وجود نداشته باشد، استفاده می‌شود. جنبه مهمی که باید به خاطر بسپارید این است که ویژگی Inflow محدودیتی را برای کسر جرم گونه های محاسبه شده اعمال نمی کند.از محدودیت جرمی و اگر کسرهای جرمی گونه های دیگر به مقادیر مهمی دست یابند، کسر جرمی گونه های محدودیت جرمی می تواند با مقدار مشخص شده متفاوت باشد. با تنظیم مقدار کوچک کسر جرمی گونه هایی که مقادیر زیادی در ناحیه ورودی به دست می آورند، می توان از این امر جلوگیری کرد.
نتایج و بحث
شکل 1 و شکل 2 توزیع فضایی چگالی تعداد متوسط دوره را برای همه گونه های باردار و برای کسر مولی O 2 0.9 و 0.1 نشان می دهد. در هر دو مورد، توزیع گونه های باردار به گونه ای است که در هسته تخلیه، گونه های باردار غالب یون های مثبت و منفی هستند. الکترون ها دارای چگالی عددی دو مرتبه قدر کمتر هستند که به این معنی است که الکترونگاتیو در 100 ثانیه است. در لبه های تخلیه، چگالی عدد یون منفی به سرعت کاهش می یابد و پلاسما الکترو مثبت می شود. برای xO 2 = 0.9 یون غالب در لبه O 2 + و برای xO 2 = 0.1 یون غالب در لبه Ar + است .
افت سریع در چگالی یون های منفی می تواند باعث مشکلات عددی شود همانطور که قبلا توضیح داده شد. در این مدل از انتشار ایزوتروپیک استفاده شد که نیمرخ یون منفی را صاف می کند و چگالی آن را در لبه ها افزایش می دهد. مهم است که از انتشار همسانگرد زیاد استفاده نکنید تا چگالی منفی یون در لبه ها مهم شود.
شکل 1: توزیع فضایی تراکم تعداد متوسط دوره گونه های باردار برای یک جناح مول O 2 0.9.
شکل 2: توزیع فضایی تراکم تعداد متوسط دوره گونه های باردار برای یک جناح مول O 2 0.1.
منابع
1. MA Lieberman و AJ Lichtenberg، اصول تخلیه پلاسما و پردازش مواد ، جان ویلی و پسران، 2005.
2. www.lxcat.net
3. JT Gudmundsson و EG Thorsteinsson، “تخلیه های اکسیژن رقیق شده با آرگون: فرآیند تفکیک”، Plasma Sources Sci. تکنولوژی ، جلد 16، صفحات 399-412، 2007.
4. پایگاه داده فلپس، www.lxcat.net ، بازیابی شده در سال 2017.
5. پایگاه داده فلپس، www.lxcat.net ، بازیابی شده در سال 2022.
6. پایگاه داده مورگان، www.lxcat.net ، بازیابی شده در سال 2022.
مسیر کتابخانه برنامه: Plasma_Module/Capacitively_Coupled_Plasmas/ccp_argon_oxygen
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  1D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Plasma>Plasma، Time Periodic (ptp) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > دوره زمانی را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
یک دامنه 1 بعدی به طول 4.5 سانتی متر ایجاد کنید که مطابق با فاصله بین صفحات در راکتور است.
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 ، cm را انتخاب کنید . |
فاصله 1 (i1)
1 | روی Component 1 (comp1)>Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، قسمت فاصله را بیابید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مختصات (سانتی متر) |
0 |
4.5 |
پارامترهایی را اضافه کنید که نشان دهنده کسرهای مولی O2 و Ar هستند.
تعاریف جهانی
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 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
xO2 | 0.9 | 0.9 | |
xAr | 1-xO2 | 0.1 |
افزودنی پلاسما شیمی
مراحل بعدی دارای دستورالعمل هایی هستند که ابتدا افزونه Plasma Chemistry را وارد کنید و سپس از این افزونه برای وارد کردن فایلی استفاده کنید که به طور خودکار شیمی پلاسما آرگون-اکسیژن را ایجاد می کند.
موارد زیر به صورت خودکار تنظیم یا ایجاد می شوند:
آ | ویژگی های گونه ها با استفاده از داده های گونه های از پیش تعیین شده |
ب | واکنش های برخورد الکترون برای آرگون و اکسیژن |
ج | واکنش های گونه های سنگین |
د | واکنش های سطحی |
اسناد همراه افزونه Plasma Chemistry حاوی اطلاعات بیشتری در مورد ساختار فایل و مواردی است که می توان به طور خودکار تنظیم کرد.
در نوار ابزار Home ، روی Windows کلیک کنید و Add-in Libraries را انتخاب کنید .
Windows کلیک کنید و Add-in Libraries را انتخاب کنید .کتابخانه های افزودنی
1 | در پنجره Add-in Libraries ، Plasma Module>plasma_chemistry را در درخت انتخاب کنید. |
2 | در درخت، کادر را برای گره Plasma Module>plasma_chemistry انتخاب کنید . |
3 |  برای بارگیری افزونه روی Done کلیک کنید و پنجره Add-in Libraries را ببندید . |
4 | در نوار ابزار Developer ، روی  Add-ins کلیک کنید و Plasma Chemistry> Plasma Chemistry را انتخاب کنید . |
تعاریف جهانی
شیمی پلاسما 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions، روی Plasma Chemistry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Plasma Chemistry ، روی Browse کلیک کنید . |
3 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل Ar_O2_plasma_chemistry.txt دوبار کلیک کنید . |
4 | روی Import کلیک کنید . |
این مدل نیاز به تثبیت دارد زیرا چگالی یون های منفی می تواند مقادیر بسیار کمی را در لبه های راکتور به دست آورد. تثبیت منبع و منبع واکنش باعث ایجاد مصنوعی می شود تا از رسیدن چگالی به مقادیر بسیار کوچک جلوگیری کند.
5 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، Physics>Stabilization را در درخت انتخاب کنید. |
7 | در درخت، کادر را برای گره Physics>Stabilization انتخاب کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
پلاسما، دوره زمانی (PTP)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Plasma, Time Periodic (ptp) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Plasma، Time Periodic ، بخش سطح مقطع را بیابید . |
3 | در قسمت متن A ، pi*(14.36[cm])^2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Extra Dimension Settings را پیدا کنید . از لیست انتخاب گونه های سنگین ، هندسه پایه را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Stabilization کلیک کنید . تیک گزینه Source stabilization را انتخاب کنید . |
6 | برای گسترش بخش تثبیت ناسازگاری کلیک کنید . چک باکس انتشار ایزوتروپیک برای یون ها را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Stabilization را پیدا کنید . چک باکس Reaction source stabilization را انتخاب کنید . |
8 | قسمت تنظیمات حمل و نقل را پیدا کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . تیک گزینه Mixture diffusion correction را انتخاب کنید . |
9 | بخش تنظیمات عملکرد توزیع انرژی الکترون را پیدا کنید . از لیست تابع توزیع انرژی الکترون ، Maxwellian را انتخاب کنید . |
در ادامه، کسر مولی اولیه برای O2 و چگالی عددی اولیه برای یون ها مشخص شده است. کسر جرمی Ar از یک محدودیت جرمی و چگالی اولیه Ar+ با نیاز به خنثی بودن الکتریکی پیدا می‌شود.
گونه: O2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Plasma، Time Periodic (ptp) روی Species: O2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه‌ها ، بخش General Parameters را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x 0 ، xO2 را تایپ کنید . |
گونه: O-
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: O- کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه‌ها ، بخش General Parameters را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی n 0 ، 1E10[1/m^3] را تایپ کنید . |
گونه: O2+
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: O2+ کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه‌ها ، بخش General Parameters را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی n 0 ، 1E10[1/m^3] را تایپ کنید . |
گونه: O+
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: O+ کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه‌ها ، بخش General Parameters را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی n 0 ، 1E10[1/m^3] را تایپ کنید . |
گونه: Ar
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: Ar کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول گونه ها را پیدا کنید . |
3 | چک باکس From mass constraint را انتخاب کنید . |
گونه: Ar+
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: Ar+ کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول گونه ها را پیدا کنید . |
3 | تیک گزینه Initial value from electroneutrality constraint را انتخاب کنید . |
واکنش‌های سطحی مورد استفاده در مدل به‌طور خودکار ایجاد شدند، اما هنوز باید مشخص شود که در کدام مرز وجود خواهند داشت.
1: Ar+=>Ar
1 | در پنجره Model Builder روی 1 کلیک کنید : Ar+=>Ar . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
2: ارس=>ار
1 | در پنجره Model Builder روی 2 کلیک کنید : Ars=>Ar . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
3: O=>0.5O2
1 | در پنجره Model Builder ، روی 3 کلیک کنید: O=>0.5O2 . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
4: O2+=>O2
1 | در پنجره Model Builder ، روی 4 کلیک کنید: O2+=>O2 . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
5: O-=>O
1 | در پنجره Model Builder ، روی 5 کلیک کنید: O-=>O . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
6: O2a1Dg=>O2
1 | در پنجره Model Builder ، روی 6 کلیک کنید: O2a1Dg=>O2 . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
7: O1D=>0.5O2
1 | در پنجره Model Builder ، روی 7 کلیک کنید: O1D=>0.5O2 . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
8: O+=>O
1 | در پنجره Model Builder ، روی 8 کلیک کنید: O+=>O . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
دما و فشار گاز خنثی پس زمینه را تنظیم کنید.
پلاسما مدل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Plasma Model 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل پلاسما ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، 300[K] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن p A ، 0.05[torr] را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی n e، 0 ، 1E15[1/m^3] را تایپ کنید . |
4 | از لیست پتانسیل الکتریکی اولیه ، User defined را انتخاب کنید . |
در ادامه، انواع مختلف ویژگی‌ها گروه‌بندی شده‌اند تا مسیر درخت Model Builder را آسان‌تر کنند.
10: e+O2=>e+O2a1Dg، 11: e+O2=>e+O2، 12: e+O2=>e+O2، 13: e+O2=>e+O+O، 14: e+ O2 =>e+O+O1D، 15: e+O2=>e+O2، 16: e+O2=>2e+O2+، 17: e+O=>e+O، 18: e+O=>e + O1D، 19: e+O=>e+O، 1: e+O2=>O+O-، 20: e+O=>2e+O+، 21: e+Ar=>e+Ar، 22: e +ار=>ای+ارس، 23: ای+ارس=>ای+ار، 24: ای+ار=>2e+ار+، 25: ای+ارس=>2e+ار+، 26: e+O-=> O. +e+e، 2: e+O2=>e+O2، 3: e+O2=>e+O2، 4: e+O2=>e+O2، 5: e+O2=>e+O2، 6 : e+O2=>e+O2, 7: e+O2=>e+O2, 8: e+O2=>e+O2, 9: e+O2=>e+O2, واردات مقطع 1, مقطع واردات 2، واردات مقطع 3
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Plasma، Time Periodic (ptp) ، برای انتخاب Cross Section Import 1 , Cross Section Import 2 , Cross Section Import 3 , 1 Ctrl کلیک کنید : e+O2=>O+ O- ، 2: e+O2=>e+O2 ، 3: e+O2=>e+O2 ، 4: e+O2=>e+O2 ، 5: e+O2=>e+O2 ، 6: e +O2=>e+O2 ، 7: e+O2=> e+O2 ، 8: e+O2=>e+O2 ،9: e+O2=>e+O2 ، 10: e+O2=>e+O2a1Dg ، 11: e+O2=>e+O2 ، 12: e+O2=>e+O2 ، 13: e+O2= >e+O+O , 14: e+O2=>e+O+O1D , 15: e+O2=>e+O2 , 16: e+O2=>2e+O2+ , 17: e+O=>e +O , 18: e+O=>e+O1D , 19: e+O=>e+O , 20: e+O=>2e+O+ , 21: e+Ar=>e+Ar , 22: e +Ar=>e+Ars , 23: e+Ars=>e+Ar , 24: e+Ar=>2e+Ar+، 25: e+Ars=>2e+Ar+ و 26: e+O-=>O+e+e . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
واکنش های ضربه الکترون
در پنجره تنظیمات گروه ، Electron Impact Reactions را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
27: O++O2=>O+O2+، 28: O-+O+=>O+O، 29: O-+O2+=>O+O+O، 30: O-+O2+=>O+O2، 31: O-+O=>O2+e, 32: O-+Ar+=>O+Ar
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Plasma، Time Periodic (ptp) ، Ctrl-کلیک کنید تا 27 انتخاب شود: O++O2=>O+O2+ ، 28: O-+O+=>O+O ، 29: O-+O2+=>O+O+O ، 30: O-+O2+=>O+O2 ، 31: O-+O=>O2+e ، و 32: O-+Ar+=>O+Ar . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
واکنش های گونه های سنگین
در پنجره تنظیمات برای گروه ، واکنش‌های گونه‌های سنگین را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
گونه: Ar، گونه: Ar+، گونه: Ars، گونه: O، گونه: O+، گونه: O-، گونه: O1D، گونه: O2، گونه: O2+، گونه: O2a1Dg، گونه: e
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Plasma، Time Periodic (ptp) ، Ctrl-کلیک کنید تا گونه ها را انتخاب کنید: e ، گونه ها: O2 ، گونه ها: O ، گونه ها: O- ، گونه ها: O2a1Dg ، گونه ها: O1D. , گونه: O2+ , گونه: O+ , گونه: Ar , گونه: Ars , و گونه: Ar+ . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
گونه ها
در پنجره تنظیمات برای گروه ، در قسمت نوشتار Label ، Species را تایپ کنید .
1: Ar+=>Ar، 2: Ars=>Ar، 3: O=>0.5O2، 4: O2+=>O2، 5: O-=>O، 6: O2a1Dg=>O2، 7: O1D=>0.5 O2, 8: O+=>O
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Plasma، Time Periodic (ptp) ، Ctrl-کلیک کنید تا 1 انتخاب شود: Ar+=>Ar , 2: Ars=>Ar , 3: O=>0.5O2 , 4: O2+=>O2 ، 5: O-=>O ، 6: O2a1Dg=>O2 ، 7: O1D=>0.5O2 ، و 8: O+=>O . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
واکنش های سطحی
در پنجره تنظیمات برای گروه ، Surface Reactions را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
یک گره تماس فلزی اضافه کنید تا تحریک الکتریکی به سیستم ارائه شود.
تماس فلزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
گره دیوار شرایط مرزی را برای معادلات انتقال الکترون تعیین می کند.
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | از لیست منبع ، RF را انتخاب کنید . |
5 | بخش RF Source را پیدا کنید . در قسمت متن Prf ، 10[W] را تایپ کنید . |
دیوار 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
گره Inflow در اینجا برای تثبیت کسر جرمی O2 در مرز استفاده می شود، حتی اگر جریانی به راکتور وارد نشود.
در پلاسما، فصل مشترک دوره‌ای زمانی با بیش از یک گونه وجود دارد، حفظ جرم در بین هر گونه دشوار است. با تثبیت کسر جرمی یک گونه در نقطه ای که مشکل پیش نمی آید.
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Inflow ، بخش Inflow را پیدا کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام گونه ها | کسر مول (1) |
O2 | xO2 |
6 |  روی افزودن کلیک کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام گونه ها | کسر مول (1) |
آر | xAr |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
در پلاسمای الکترونگاتیو، چگالی یون‌های منفی در هنگام انتقال هسته الکترونگاتیو و لبه‌های الکترومثبت دارای شیب بسیار تند است. در این انتقال، برای جلوگیری از نوسانات در چگالی منفی یون، یک مش ریز مورد نیاز است.
مش 1
لبه 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Edge کلیک کنید .
Edge کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Edge 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 150 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 5 را تایپ کنید . |
6 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب کنید . |
سه کسر مولی O2 را با استفاده از جارو کمکی حل کنید .
مطالعه 1
مرحله 1: دوره ای زمانی
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1، روی مرحله 1: زمان دوره ای کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Time Periodic ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
xO2 | 0.9 0.5 0.1 |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
تراکم تعداد گونه های خنثی، میانگین دوره (ptp)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Neutral Species Number Density, Period Averaged (ptp) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب پارامتر (xO2) ، از لیست را انتخاب کنید . |
4 | در لیست مقادیر پارامتر (xO2) ، 0.9 را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Neutral Species Number Density، Period Averaged (ptp) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودارهایی از گونه های باردار برای کسر مولی O2 برابر با 0.1 و 0.9 ایجاد کنید.
چگالی تعداد گونه های باردار، میانگین دوره، xO2=0.9
1 | در پنجره Model Builder ، روی Charged Species Number Density, Period Averaged (ptp) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، xO2=0.9، xAr=0.1 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (xO2) ، از لیست را انتخاب کنید . |
5 | در لیست مقادیر پارامتر (xO2) ، 0.9 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Charged Species Number Density، Period Averaged (ptp) ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 | در قسمت نوشتار Label ، Charged Species Number Density, Period Averaged, xO2=0.9 را تایپ کنید . |
چگالی تعداد گونه های باردار، میانگین دوره، xO2=0.1
1 | روی Charged Species Number Density, Period Averaged, xO2=0.9 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، بخش عنوان را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، xO2=0.1، xAr=0.9 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Charged Species Number Density, Period Averaged, xO2=0.1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Data را پیدا کنید . در لیست مقادیر پارامتر (xO2) ، 0.1 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Charged Species Number Density، Period Averaged، xO2=0.1 ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 | روی Charged Species Number Density, Period Averaged, xO2=0.1 کلیک راست کرده و Move Up را انتخاب کنید . |
