Плазменные источники ионов на базе разрядов с ненакаливаемыми катодами в магнитном поле

• Автор: Вересов, Олег Леонидович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 230 с. : ил.

1. ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ПЛАЗМЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНОВ

1.1. Области применения источников ионов и требования, предъявляемые к ним.

1.2. Источники ионов

1.3. Газоразрядные камеры источников ионов для формирования

пучков ионов газа.

1.4. Газоразрядные камеры источников ионов для формирования

пучков ионов металла

1.5. Цели и задачи диссертационной работы.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

2.1. Состав оборудования экспериментального стенда

2.2. Диагностическая аппаратура.

2.3. Малогабаритный, многофункциональный измеритель характеристик пучка.
2.4. Модуль для измерения массовых и зарядовых спектров частиц в пучках
2.5. Модуль для измерения токовых характеристик и массового состава пучков ионов водорода и дейтерия
2.6. Методики измерения параметров ионных пучков
Выводы по главе 2.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ИОНОВ ДУОПЛАЗМАТРОННОГО ТИПА С НЕНАКЛИВАЕМЫМИ ВТОРИЧНОЭМИССИОННЫМИ КАТОДАМИ
3.1. Особенности плазменных систем с вторичноэмиссионными
ненакаливаемыми катодами
3.2. Особенности разработанных эмиссионных газоразрядных структур
с полым и магнетронным катодами
3.3. Сравнение конструкций и параметров дуоплазматрона с ПС и
ОЦММ катодами
3.4. Источник ионов с ненакаливаемым магнетронным катодом и магнитным сжатием плазмы вблизи эмиссионного электрода.
3.5. Конструкция источника ионов с ненакаливаемым магнетронным катодом и магнитным сжатием плазмы в области эмиссионного
отверстия
3.6. Результаты экспериментального исследования источника с ненакаливасмымым магнетронным катодом и магнитным сжатием
плазмы вблизи эмиссионного отверстия.
3.7. Физическая модель процессов, происходящих в источнике.
3.8 Сравнение характеристи дуоплазматрона ПС и ОЦММ катодами и источника с ненакаливаемым катодом и магнитным сжатием.
Выводы по главе 3.
4. ИСТОЧНИК ИОНОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПУЧКОВ
4.1. Экспериментальная установка для исследования ионного
источника Пеннинга с модифицированной ГРК.
4.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
4.2.1. Исследование ионного источника с подключением двух источников электропитания.
4.2.2. Исследование ионного источника с одним
источником электропитания
4.2.3. Исследование ионного источника в импульсном режиме работы 3 Выводы по главе 4.
5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
5.1. Инжектор протонов для линейного резонансного ускорителя
5.2. Пучковоплазменный технологический комплекс для модификации
поверхности конструкционных материалов
5.3. Установка Т для модификации поверхности конструкционных
материалов
Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы


В силу того, что в каждом типе плазменного источника ионов распределение плотности газа и генерируемой плазмы вблизи эмиссионного электрода индивидуально, то приходится каждый раз оптимизировать величину электрического поля в высоковольтном ускоряющем зазоре. Изменять расстояние между эмиссионным и извлекающим электродами, апертуру экстрактора, форму эмиссионного электрода и т. ИОС являются составной частью разработки инжектора ионов для ускорителей. От физических процессов, происходящих в ГРК, зависят основные физикотехнические и эксплуатационные характеристики ионного источника. Поэтому, исследуя работу ионных источников, как правило, в основном изучают работу ГРК. Со времени начала разработок ионных источников было создано большое количество различных типов этих приборов. Классифицировать их можно по разным признакам. В частности, по типу возбуждаемого разряда, но способу эмиссии первичных электронов, по конфигурации электрических и магнитных полей в газоразрядных камерах, по способу извлечения ионных пучков, по типу частиц генерируемых пучков, их характеристикам и т. По типу возбуждаемых разрядов ионные источники можно разделить на две большие группы. К первой группе относятся ГРК, в которых разряд горит за счт энергии, получаемой свободными электронами в переменном электрическом поле, достаточной для возбуждения и ионизации молекул газа. Ко второй группе относятся ГРК, в которых горение разряда поддерживается за счт эмиссии свободных электронов с металлической поверхности, находящейся под отрицательным потенциалом катод. Первую группу следует разделить на две подгруппы генераторы плазмы СВЧ и ВЧ диапазонов. Частотный диапазон СВЧ ионных источников от одного до нескольких десятков гигагерц. У ВЧ ионных источников частотный диапазон составляет от 0,1 до 0,1 ГГц. Последние ионные источники ещ называют радиочастотными источниками. Они представлены в работах . ВЧ ионные источники не нашли широкого применения в инжекторах, предназначенных для резонансных ускорителей прикладного назначения изза малого срока службы несколько сотен часов, большой величины эмиттанса формируемых пучков , большой мощности, требуемой для возбуждения разряда, применения дорогой и сложной системы электропитания. В последнее время интерес сместился в сторону источников СВЧ диапазона. Открытие эффекта электронного циклотронного резонанса ЭЦР в СВЧ разряде в магнитном поле вызвало интенсивные исследования и многочисленные публикации по созданию на этом принципе ионных источников, генерирующих многозарядные пучки . В тоже время велись разработки нерезонансных СВЧ ионных источников, генерирующих пучки однозарядных ионов. Для получения большого тока пучка однозарядных ионов необходима более высокая плотность электронов в плазме, которую можно получить с помощью СВЧ разряда в более сильных магнитных полях и при больших давлениях газа, чем в ЭЦР СВЧ источниках . СВЧ ионные источники создают пучки ионов с большим током и меньшим разбросом по энергии, чем ВЧ ионные источники, поскольку ионы плазмы не ускоряются электрическим СВЧ полем, как в случае электрического поля радиоволны , . СВЧ источники, в отличие от других типов ионных источников, генерируют ионные пучки без примесей частиц, образующихся распылением электродов газоразрядной камеры, но дороги и снабжаются дорогой и сложной системой электропитания. Поэтому этот тип источников применяется в исключительных случаях, когда требуются пучки высокой зарядности, или, когда требуются пучки лгких ионов без примесей тяжлых частиц см. В большинстве инжекторов прикладных резонансных ускорителей используют более дешвые плазменные ионные источники второй группы. Многочисленные конструкции ГРК ионных источников второй группы , , , , следует подразделять по способу эмиссии свободных электронов с катода. От типа эмиссии электронов с катода зависит тип возбуждаемого разряда. Наиболее распространены ГРК с термоэлектронной эмиссией, при которой возбуждается дуговой несамостоятельный разряд, а также ГРК с вторичной электронной эмиссией, в которых возбуждается тлеющий самостоятельный разряд.