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헬리콘 플라즈마메서 이온 펌핑 효과의 영향에 대한 수치적 해석 연구
조수원(Suwon Cho),박인호(Inho Park),최성을(S.E. Choi),권명회(M.H. Kwon) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.3(2)
시간 변화를 고려한 출력 및 입자의 전체 균형 모델(global balance model)을 적용하여 헬리콘 플라즈마에서의 전자 밀도 및 온도와 중성 밀도의 시간에 따른 변화를 연구하였다. 출력 흡수량은 맥쓰웰 방정식으로 부터 계산하여 균형 방정식에 이용하였으며, 플라즈마 변수와 출력 흡수 및 손실을 self-consistent하게 구하였다. 계산 결과를 이용하여 헬리콘 플라즈마에서 관찰되는 이온 펌핑 효과와 펄스 방전에서 나다나는 두가지 방전 모드의 존재를 설명하였으며, 중성 기체의 유량, 압력 등이 플라즈마 변수 변화에 미치는 효과를 분석하였다. 그리고 낮은 압력에서 전자 밀도는 자기장에 관계없이 중성 밀도에 좌우되나, 이온 펌핑 효과가 무시될 수 있는 압력 이상에서는 전자 밀도가 자기장이 커짐에 따라 증가하는 결과를 얻었다. The global balance model is applied to investigate the transient behavior of the electron density and temperature in helicon plasmas. The power absorption calculated from the solutions of the Maxwell equations is used in solving the power balance equation. A balance model for the neutral gas is also considered to find its density self-consistently. It is turned out that the numerical results reasonably explain consequences of the ion pumping effect including the occurrence of two distinct modes of pulsed helicon discharge which have been observed experimentally. The behavior of the discharge parameters are found to be primarily dependent on the power absorption and the gas flow rate, but the pressure controls the electron density and temperature of the final steady state as well as the transient state even with the same flow rate. Finally, it is shown that the electron density virtually remains constant as the magnetic field varies when the pressure is lower than a certain value and that the linear relationship between the density and the magnetic field is retained for a higher pressure when the effect of the ion pumping is negligible.
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