二次元非定常コ-ドによる反応性プラズマのシミュレ-ション

• Project/Area Number: 02214217
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 橋口 征四郎 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (90033836)
• Project Period (FY): 1990
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1990)
• Budget Amount: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 1990: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 計算機シミュレ-ション / 二次元モデル / 低気圧グロ-放電

Research Abstract

この研究は二次元の計算機シミュレ-ションモデルで低気圧グロ-放電プラズマの解析を行ったものである。従来行われている一次元モデルでは取り扱えない側壁への拡散の効果を取り入れたシミュレ-ションが可能になった。
放電容器は円筒状とした。円板状の平板対向電極が円筒の底面に取り付けられている。電極の中心は円筒の中心軸と一致する。当該年度は二次元モデルをゼロから構築する作業から開始した。そこで,種々の分子イオンやラジカルの複雑な組成を持つCVDプラズマではなく単純なヘリウムプラズマを選んだ。イオンの生成速度や電子とイオンのドリフト速度は電場の局所的な値の関数として与えられるという局所年衡近似を用いた。この結果,電子とイオンの連統の式及びポアソンの式でこの系は完全に記述できる。上記の3つの式を陰的スキ-ムで差分化した。電子及びイオンの流束密度はSchar fetterーGumnelの式で差分化した。電位の境界条件は次のように与えた。円筒の底面の電位は絶縁壁も含めて電極電位に等しい。絶縁体で出来ている側壁の電位は直線的に変化し両電極の中間の値をとる。密度に対する境界条件は次の通りである。絶縁壁では密度はゼロとする。電極面ではその近傍のイオンの生成を無視し流束密度の連続性を用いて決める。
計算の信頼性を高める為、連立方程式はガウスの消去法とSOR法の2通りの方法で解かれた。結果はよく一致した。印加電圧の時間変化を階段関数で与えた場合,陰極近傍の強電界領域とそれ以外の比較的弱い電界領域とが生じた。また,外向きの径方向電界が生じた。電子及びイオンの密度の径方向分布は中心で極大を持ち側壁方向に減少する。これらは全て妥当な結果である。今後このモデルを用いてシミュレ-ションを行う事により定量的な結果が得られるものと期待される。