申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2021-04-26

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN113139292B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2021.08.06#实质审查的生效;2021.07.20#公开

摘要：本发明属于核聚变技术领域，提供了一种用于预估负氢离子密度的模拟方法。本发明提出的模拟方法，将14个氢分子的振动激发态H2v＝1～14进行分组，即将几个相邻的激发态看作一个粒子。这样处理，不仅可以减少模型中包含的粒子数量即粒子数守恒方程的数量，还可以忽略组内粒子之间的反应即模型中包含的化学反应数量也显著下降。采用分组模型计算得到的负氢离子密度，与原始模型的差异始终低于6％，尤其是当气压较高时，二者的差异低于1％。此外，对于其他正离子密度、H原子密度及电子温度来说，相对差异也保持在较低水平，这充分说明了本发明提供的模拟方法具有较高的精度。

主权项：1.一种用于预估负氢离子密度的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：设定放电条件：功率为1kW～30kW，压强为1～30Pa，根据设定放电条件下的氢分子的振动分布函数的斜率，将氢分子的14个振动激发态进行分组，命名为振动组合态gi，其中，i为1、2、3……i；基于负氢离子的产生与损失反应，利用式I所示的负氢离子的粒子数守恒方程，得到负氢离子密度： 式I中，表示腔室内部的负氢离子的产生与损失反应j的源项，利用式II获得： 式II中，kj为反应系数：kj的获取方法包括：i当负氢离子的产生与损失反应中有振动组合态参与时，kj为复合反应系数所述复合反应系数利用式III获得： 式III中，为复合反应系数，kv为振动组合态gi内所包含的振动激发态H2v的反应系数，所述kv为电子温度的函数或常数，首次使用电子温度时，所述电子温度采用设定的初值，非首次使用时，采用计算得到的最新的电子温度；式III中，通过式IV得到： 式IV中，Ev为振动激发态H2v的能量，kB为玻尔兹曼常数，Tgi为振动组合态gi的温度，所述Tgi通过振动分布函数的斜率求得；ii当负氢离子的产生与损失反应中没有振动组合态但有电子参与时，kj为电子温度的函数，首次使用电子温度时，所述电子温度采用设定的初值，非首次使用时，采用计算得到的最新的电子温度；iii当负氢离子的产生与损失反应中既没有振动组合态也没有电子参与时，kj为常数；式II中：na和nb分别为反应物的密度，所述na和nb的获取方法包括：a当负氢离子的产生与损失反应的反应物为振动组合态时，所述na和nb为振动组合态的密度ngi，所述振动组合态的密度ngi通过式V计算得到： 式V中，为振动组合态gi的通量，ngi为振动组合态的密度，为热速度，mgi为振动组合态gi的质量，kB为玻尔兹曼常数，Tgi为振动组合态gi的温度；Agi为开放边界的面积，V为腔室的体积； 表示由于腔室内部的碰撞反应l而引起的振动组合态gi的产生或损失源项，其中，kl为复合反应系数，na和nb分别为反应物的密度； 表示由于腔室内部的表面反应s而引起的振动组合态gi的产生或损失源项，其中，ks为复合反应系数，na为反应物的密度；b当负氢离子的产生与损失反应的反应物为正离子时，所述na和nb为正离子的密度ni，所述正离子的密度ni通过式VI获得： 式VI中，ni为正离子的密度，uB,i为正离子的玻姆速度，Aeff,i为正离子损失的有效面积，V为腔室体积，RV,i表示由于体区的碰撞反应而引起的正离子的产生与损失源项；c当负氢离子的产生与损失反应的反应物为中性粒子时，所述na和nb为中性粒子的密度nn，所述中性粒子的密度nn通过式VII获得： 式VII中，ni为正离子的密度，uB,i为正离子的玻姆速度，Aeff,n表示正离子在器壁表面生成中性粒子的有效面积，V为腔室体积，Γn为中性粒子的通量，nn为中性粒子的密度，为热速度，mn为中性粒子的质量，kB为玻尔兹曼常数，Tn为中性粒子的温度；An为开放边界的面积，RV,n表示由于体区的碰撞反应而引起的中性粒子的产生与损失源项，Rs,n表示由于表面的碰撞反应而引起的中性粒子的产生与损失源项；d当负氢离子的产生与损失反应的反应物为电子时，所述na和nb为电子的密度ne，所述电子的密度ne通过式VIII获得： 式VIII中，ne为电子的密度，表示H3+离子的密度、表示H2+离子的密度、表示H+离子的密度；表示H-离子的密度。

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权利要求：

百度查询： 大连理工大学 一种用于预估负氢离子密度的模拟方法

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