Исследование ЭЦР источников многозарядных ионов с квазигазодинамическим режимом удержания плазмы в открытых магнитных ловушках

• Автор: Скалыга, Вадим Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 145 с.

Глава 1. Удержание неравновесной плазмы ЭЦР разряда в открытых магнитных ловушках

1.1. Введение

1.2. Режимы удержания неравновесной плазмы ЭЦР разряда в открытых магнитных ловушках

1.2.1. Классический режим удержания плазмы

1.2.2. Квазигазодинамический режим удержания плазмы

1.2.3. Определение границ режимов удержания плазмы

1.3. Модель численного анализа процессов многократной ионизации в плазме ЭЦР разряда в магнитной ловушке
1.4. Метод определения температуры и концентрации электронов в плазме по экспериментально измеренным величинам плотностей потоков ионов всех зарядностей через пробки ловушки

Глава 2. Описание экспериментальных установок и методов диагностики

2.1. Экспериментальная установка 8МІ8

2.2. Экспериментальная установка 8МШ

Глава 3. Газодинамический ЭЦР источник многозарядных ионов на основе ЭЦР разряда в ловушке со встречными полями
3.1. Анализ влияния МГД неустойчивости плазмы на генерацию
многозарядных ионов
3.1.1. МГД неустойчивость плазмы ЭЦР разряда в простом пробкотроне и анализ ее влияния на генерацию многозарядных ионов
3.1.2. МГД стабильность плазмы ЭЦР разряда в каспе и возможность генерации многозарядных ионов
3.2. Оценки возможности генерации многозарядных ионов в ловушке со встречными полями с накачкой излучением миллиметрового диапазона длин волн

3.3. Экспериментальное исследование характеристик ЭЦР источника ионов на основе ловушки со встречными полями
3.3.1. Формирование пучка ионов из плотной плазмы ЭЦР разряда в ловушке со встречными полями
3.3.2. Исследование спектрального состава ионного пучка
3.3.3. Оптимизация условий эксперимента для генерации многозарядных ионов
3.4. Обсуждение
3.4.1. Частотный скейлинг для газодинамических ЭЦР источников многозарядных ионов
3.4.2. Перспективы развития газодинамических ЭЦР источников на основе ловушки со встречными полями
3.5. Заключение
Глава 4. Короткоимпульсный ЭЦР источник многозарядных ионов
4.1. Требования к ЭЦР источнику для проекта «Beta Beam»
4.2. Численный анализ влияния частоты и мощности СВЧ накачки на динамику пробоя газа в ловушке ЭЦР источника ионов и параметры плазмы на стационарной стадии разряда
4.3. ЭЦР пробой газа в магнитной ловушке с СВЧ накачкой на частоте
37,5 ГГц
4.4. ЭЦР пробой газа в магнитной ловушке с СВЧ накачкой на частоте 75 ГГц
4.5. Сравнение расчетов с результатами экспериментов
4.6. Принципиальная схема короткоимпульсного ЭЦР источника МЗИ для проекта «Beta Beam»
Заключение
Список публикаций по теме диссертации
Литература

СВЧ разряд в магнитном поле в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) уже давно привлекает к себе внимание исследователей. Первоначально изучение ЭЦР разряда было связано, главным образом, с экспериментами в легких газах, проводимыми в рамках программы по управляемому термоядерному синтезу (см., например, [1-8]). В дальнейшем ЭЦР разряд в открытых магнитных ловушках стал использоваться также в других областях науки и техники. Например, в ядерной физике, где на базе ЭЦР разряда в тяжелых газах созданы эффективные источники многозарядных ионов. Требования к этим источникам постоянно возрастают: необходимо повышать как заряд ионов q (поскольку энергия разогнанных заряженных частиц в циклотронном ускорителе пропорциональна с[2 [9, 10]), так и интенсивность ионных пучков для увеличения вероятности наблюдения реакции. Именно источники многозарядных ионов (источники МЗИ) на основе ЭЦР разряда в магнитной ловушке считаются в настоящее время наиболее перспективными в этом плане [10,11]. Такие устройства позволяют одновременно: поддерживать электронную температуру плазмы на высоком уровне, необходимом для многократной ионизации газа и достаточно долго удерживать плазму для обеспечения глубокой обдирки ионов. Основные потери плазмы связаны с ее выносом через магнитные пробки ловушки, что позволяет с помощью традиционных систем экстракции формировать качественные интенсивные ионные пучки. В настоящее время развитие источников многозарядных ионов во многом определяет развитие экспериментальной ядерной физики.
Один из путей совершенствования ЭЦР источников МЗИ связан с повышением частоты и мощности СВЧ накачки. Это стало очевидным после того, как в работах [12, 13] экспериментально было продемонстрировано значительное увеличение выхода многозарядных ионов из ЭЦР источника при изменении частоты греющего СВЧ излучения с 10 до 18 ГГц - ток ионов со средним по распределению зарядом увеличился пропорционально квадрату частоты накачки. Это связано с тем, что в ЭЦР разряде предельно достижимая плотность плазмы определяется частотой СВЧ излучения, что объясняется тем, что при приближении ее концентрации к критическому значению эффективность нагрева резко падает. В связи с перспективностью повышения частоты накачки, исследования СВЧ разряда в магнитном поле, поддерживаемого мощным излучением гиротронов с частотой свыше 30 ГГц, представляются необходимыми и своевременными.
Уже первые эксперименты, проведенные в ИПФ РАН, с использованием мощного СВЧ излучения гиротрона на частоте 37,5 ГГц [14] подтвердили сильную зависимость