用于计算微结构表面二次电子发射的蒙特卡洛光线追踪方法
材料科学
2019-02-20 v1 计算物理
摘要
在空间推进用电推力器的等离子体腔室内衬上的二次电子发射（SEE）会对器件性能与效率产生破坏性影响。SEE 通常利用弹性与非弹性电子散射理论，通过独立电子轨迹的蒙特卡洛模拟来计算。然而在实践中，该方法仅能应用于理想光滑表面与薄膜，不能代表真实材料表面。近来，具有纳米尺度特征的微结构表面被提出用于缓解等离子体暴露推力器内衬中的 SEE 与离子诱导侵蚀。在本文中，我们提出一种利用扩展的射线追踪蒙特卡洛（RTMC）技术计算任意复杂几何表面二次电子产额的方法。我们研究具有不同孔隙率的纳米泡沫结构作为代表性微结构表面，并使用 RTMC 生成一次电子轨迹并追踪二次电子直至其逃出外表面。实际表面表示为由钨纳米泡沫 X 射线层析图像获得的离散有限元网格。在局部层面，射入表面单元的一次射线产生二次电子的子射线，其数量、能量与角度特征由预先计算的理想平面 SEE 产额与能量表设定。我们发现，相对于平面，这些微结构几何依据孔隙率与一次电子能量可将 SEE 降低多达 50%。
引用
@article{arxiv.1806.00205,
title = {Monte Carlo Raytracing Method for Calculating Secondary Electron Emission from Micro-Architected Surfaces},
author = {Andrew Alvarado and Hsing-Yin Chang and Warren Nadvornick and Nasr Ghoniem and Jaime Marian},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.00205},
year = {2019}
}