Физические особенности работы сильноточных источников многозарядных ионов на основе ЭЦР разряда

• Автор: Водопьянов, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил.

у Введение

Глава 1. Описание экспериментальной установки и методов диагностики

1.1. Экспериментальная установка

1.1.1. Система ввода СВЧ мощности (гиротрон и квазиоптический СВЧ тракт)

1.1.2. Магнитная ловушка

1.1.3. Вакуумная система, напуск газа

1.1.4. Система предыонизации напускаемого газа

1.1.5. Система синхронизации исполнительных устройств

1.1.6. Система экстракции ионов

1.2. Методы диагностики

1.2.1. Зондирование СВЧ волной
1.2.2. Зонды
1.2.3. Детектор рентгеновского излучения ХЯ-ЮОТ
1.2.4. Диагностика плазмы в оптическом диапазоне
1.2.5. Анализатор разлетающейся плазмы
1.2.6. Цилиндры Фарадея
1.2.7. Магнитостатический анализатор ионных пучков

Глава 2. Формирование многозарядных ионов в плазме ЭЦР разряда
2.1. Образование многозарядных ионов в плазме
2.2. Измерение параметров плазмы в квазигазодинамическом режиме удержания плазмы
2.3. Две стадии разряда
2.4. СВЧ дуга
2.5. Формирование пучка ионов из плотной плазмы ЭЦР разряда

Глава 3. Многократная дополнительная ионизация ионов плазмы вакуумнодугового плазмогенератора в магнитной ловушке с нагревом электронов в
условиях ЭЦР
3.1. Введение
3.2. Вакуумно-дуговой плазмогенератор
3.3. Дополнительная ионизация ионов металлов плазмы вакуумнодугового разряда в магнитной ловушке с нагревом электронов в условиях

3.4. Обсуждение
Заключение
Список публикаций по теме диссертации
Литература
В последнее время наблюдается быстрое развитие технологий, связанных с использованием пучков ионов; например, обработка и модификация поверхностей полупроводников [1], ионно-лучевая эпитаксия [2] и имплантация [1], воздействие на раковые опухоли [3] и т.д. Широко используются интенсивные пучки частиц и в научных исследованиях, например, для дополнительного нагрева плазмы в тороидальных установках термоядерного синтеза [4], для нагрева специальных мишеней в установках инерционного термоядерного синтеза [5], для синтеза новых сверхтяжелых элементов таблицы Менделеева [6] и т.д. Все это стимулирует высокую активность в исследованиях и совершенствовании источников ионов.
К настоящему времени созданы и активно используются несколько классов источников ионов, отличающихся как способом создания плазмы, так и параметрами производимых пучков. Подробное описание источников ионов различных типов и способов их применения собраны в целом ряде монографий, см., например, [7]. Одной из актуальных является задача создания источников многозарядных ионов (МЗИ) тяжелых элементов [8-10], которые находят широкое применение, как в науке, так и в технике. Дело в том, что энергия ускоряемых ионов зависит от заряда иона и растет пропорционально заряду в линейных и пропорционально квадрату заряда в циклотронных ускорителях, т.е. использование многозарядных ионов позволяет при тех же ускоряющих напряжениях получать существенно большие энергии ионов или, соответственно, снижать ускоряющие напряжения при сохранении энергии частиц. Среди источников МЗИ отметим источники на основе разряда низкого давления, поддерживаемого в открытой магнитной ловушке электромагнитным излучением в условиях электронноциклотронного резонанса (ЭЦР). ЭЦР источники выгодно отличаются от источников других типов в тех случаях, когда требуется умеренно высокий средний заряд ионов (например, 7-9 для аргона) при достаточно большом токе пучка (~ 100 мкА). Они имеют большой ресурс работы, стабильны, позволяют легко менять рабочее вещество. Эти источники широко применяются, например, для получения интенсивных пучков МЗИ и инжекции их в циклотронные ускорители; более того, можно утверждать, что создание ЭЦР источников

расположен детектор. Повторение описанной процедуры для других интервалов времени, а также для других амплитуд выходных импульсов, позволяет определить временное поведение интенсивности рентгеновского излучения плазмы ЭЦР разряда в различных спектральных интервалах внутри рабочего диапазона детектора.
Счёт и обработка выходных импульсов прибора осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера, для чего создана соответствующая программа регистрации и обработки данных. В описанном методе диагностики рентгеновского излучения разряда временное разрешение может достигать 100 мкс.
Для калибровки детектора по энергиям фотонов, т.е. для определения соответствия между амплитудами выходных импульсов и энергиями регистрируемых рентгеновских квантов, использовался эталонный радиоактивный источник 57Со. В рабочем диапазоне анализатора спектр излучения этого изотопа содержит три линии с энергиями квантов 6.4, 7.06 и 14.4 кэВ, по которым и проводилась калибровка детектора. Полученный калибровочный спектр показан на рисунке 1.13.
1.2.4. Диагностика плазмы в оптическом диапазоне
Регистрация оптического излучения плазмы осуществлялась через окно из кварцевого стекла, установленное на боковой фланец разрядной камеры (см. рисунок 1.14). При этом свечение плазмы фиксировалось визуально и с помощью приборов разного типа: зеркальной фотокамеры, позволяющей получить цветные снимки с высоким пространственным разрешением, но интегральные по всему времени существования плазмы (1-1.5 мс); фотоэлектронного умножителя ФЭУ-84, позволяющего наблюдать динамику свечения плазмы либо интегрально по всей светящейся области, либо из выделенного коллиматором объема; фотоэлектронного регистратора на основе электронно-оптического преобразователя (ЭОП). С помощью фотоэлектронного регистратора можно было наглядно и эффективно исследовать динамику ЭЦР разряда в магнитной ловушке. Использованная в эксперименте схема измерений позволяла оперативно получать данные об изменяющейся форме плазменного образования. Опишем работу