УДК 533.9(06) Физика плазмы О.А. БАРЫШЕВ Московский инженерно-физический институт (государственный университет) КОМПЬТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОТРАЖЕНИЯ И РАСПЫЛЕНИЯ В ПЛАЗМЕ МИКРОПИНЧЕВОГО РАЗРЯДА Микропинчевой разряд является одним из источников низкоэнергетических ионов. Из-за технологической сложности создания таких источников ионов с заданными параметрами возникает необходимость компьютерного моделирования процессов, происходящих в плазме микропинчевого разряда. В работе представлены результаты взаимодействия потоков ионов из плазмы разряда с материалом мишени. Моделирование проводилось для следующих пар частица-мишень: медь–железо и железо–медь. Значения энергии бомбардирующих частиц принималось равной 33, 210 эВ для меди и 29, 180 эВ для железа, что соответствует первому и второму пику в энергетическом спектре частиц разряда. Для моделирования была использована программа Simulation Kit (автор M. Karolewski), доступная через Internet. Программа работает по методу молекулярной динамики, который предусматривает исследование движения атомов в твердом теле как функцию времени. В этом методе учитывается взаимодействия налетающей частицы или атома со всеми атомами мишени. Поэтому его можно назвать моделью многочастичного взаимодействия. Траектории всех движущихся атомов прослеживаются с малым временным шагом, так что столкновения между движущимися атомами учитываются [1]. С алгоритмической точки зрения в программах на основе этого метода конструируются блоки для регистрации необходимой информации. Построение программы выполняется весьма прямолинейно. При постановке задачи в первую очередь необходимо выбрать подпрограмму для решения системы обыкновенных линейных дифференциальных уравнений. Молекулярно-динамические расчеты требуют довольно больших затрат машинного времени. К числу явлений, которые нельзя корректно исследовать без этих расчетов, относятся плавление материалов в последней стадии каскада столкновений и процессы, появляющиеся при бомбардировке кластерами. Наиболее простые процессы, моделируемые на основе этого метода, это распыление, отражение и внедрение частиц [2]. Компьютерное моделирование выполнялось в три основных этапа [3]: ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4 73 УДК 533.9(06) Физика плазмы 1) подготовка входных данных, включая определение физической системы и различных опций моделирования; 2) непосредственное выполнение моделирования при бомбардировке атомов различной массы и энергии при нормальном падении на мишень различного атомного состава; 3) извлечение полезной физической информации (спектры, траектории, вычисление коэффициентов отражения, прохождения и распыления частиц, получение энергетического и углового распределения отраженных частиц) из данных, полученных в результате моделирования. Коэффициент распыления сравнивался с расчетами, полученными по формуле [4] *QKsn где U s 2,8 Eth 0,5 1 (1) Y E 0,42 , U s 1 0,35U s s e E – энергия сублимации в эВ, E – энергия налетающей частицы, * , Q , Eth (пороговая энергия распыления) – экспериментальные данные, зависящие от соотношения массы налетающей частицы к массе атома мишени. Значения Q и U s можно взять, например, из таблиц в работе [5], если же Q в таблице отсутствует, то его значение принимается равным единице. sn и se – нормированное сечение упругого и неупругого торможения по Линдхарду, зависящие от приведенной энергии . Список литературы 1. Экштайн В. Компьютерное моделирование взаимодействия атомных частиц с твердым телом. М.: Мир. 1995 г. 2. Хайланд В. Взаимодействие ионов, атомов и молекул низких энергий с поверхностью. М.: Высшая школа. 1994 г. 3. Karolewski M. An introduction to classical dynamics simulation of atomic collisions in surface. 1997 г. 4. Ymamura Y., Matsunami N. // N. Itoh. Radiat. Eff. 1983. 71. 65. 5. Ymamura Y., Matsunami N. et al. Energy dependence of ion-induced sputtering yield of monoatomic solids // Atomic data and nuclear data tables. 1984. 31. 1-80. 74 ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4