Development and benchmark of an electrostatic PIC/MCC numerical code for simulation of gas discharge plasmas

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, FİZİK ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: İBRAHİM ARDA

Danışman: Ismail Rafatov

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışma gaz deşarj plazmalarının benzetimleri için Hücrede Parçacık/Monte Carlo Çarpışma (PIC/MCC) sayısal kodunun geliştirilmesini ele almaktadır. Bu deşarjların çalışılması, yüzey modifikasyonu, dağlama, lazerler, uzay aracı iticileri, plazma ekranları ve biyotıp gibi çeşitli bilimsel ve teknolojik uygulamalarla teşvik edilmektedir. Bu uygulamalar için plazma kaynakları olarak bu deşarjların verimli bir şekilde uyarlanması, ilgili sistemlerde plazma özelliklerini kontrol etme yeteneğine bağlıdır. Bu, plazma özelliklerinin bu sistemlerdeki dış etkenlere (uygulanan gerilimin genliği ve frekansı, gazın türü, basıncı ve akış hızı, deşarj düzeneğinin geometrisi vb.) bağlılığın bilinmesi anlamına gelir. Bu bilgi ise gaz deşarj plazmalarında meydana gelen süreçlerin sayısal modellemesinden elde edilebilir. Mevcut çalışma, sayısal kodun Hücrede Parçacık (PIC) modülünün geliştirilmesini ve bu modülün zıt yönlerde hareket eden iki soğuk elektron demeti sisteminde ortaya çıkan iki akım kararsızlığının benzetimine uygulanmasını içermektedir. Ardından, Monte Carlo Çarpışma (MCC) modülü geliştirilmiştir ve kararlı durumdaki Townsend deşarjında elektron sürüsü benzetimine uygulanarak doğrulanmıştır. Daha sonra, PIC ve MCC modülleri, ilk olarak radyofrekans kapasitif bağlaşımlı argon plazma (RF CCP) benzetimi ile doğrulanan öz uyumlu PIC/MCC sayısal kodunda birleştirilmiştir. Son olarak, bu kod düşük basınçlı helyum RF CCP benzetimleri ile kıyaslanmıştır.