Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 |

Эксперименты по дополнительной ионизации ионов тугоплавких металлов плазмы вакуумно-дугового разряда в магнитной ловушке с нагревом электронов излучением гиротрона в условиях ЭЦР проводились с катодом, выполненным из платины. Температура плавления платины составялет 1600C. Для регистрации распределения ионов по кратностям ионизации в системе устанавливался экстрактор и использовался анализатор ионного пучка. На разрядную камеру подавалось напряжение, обычно равное +3.5 kV. При таком значении ускоряющего напряжения разрешающая способность анализирующей системы, (q/m)/ (q/m), где q и m Ч заряд и масса иона соответственно, уже достаточно велика и составялет около 15. В то же время ионы исследуемых тяжелых элементов, начиная с заряда +3, остаются в рабочем диапазоне поворачивающего пучок электромагнита (максимальный ток электромагнита определяется Рис. 7. Зарядовый спектр платины при оптимальных параметвозможностями стабилизированного источника постоян- рах: ток вакуумной дуги Ч 80 A, магнитное поле в пробках ного тока). ловушки Ч 2.6 T, вводимая СВЧ мощность Ч 63 kW.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Генерация многозарядных ионов тугоплавких металлов в электронно-циклотронном... разряда вследствие относительно невысокой частоты следования разрядных импульсов [15], которая в экспериментах составляла 1/20 s-1.

Вместе с тем достигнутое в эксперименте значение параметра удержания Nei = 3 108 cm-3 s-1 приблизительно соответствует полученному максимальному среднему заряду ионов [10]. Плотность тока ионного пучка, который можно извлечь из такой плазмы, составляет Je = e Ne VPt 4 eA/cm2. На данный момент, по нашим данным, не существует источников, способных генерировать многозарядные ионы тугоплавких металлов с достигнутой в наших экспериментах кратностью ионизации, а плотность тока ионного пучка, который можно извлекать из такой плазмы, на несколько порядРис. 8. Зарядовые спектры ионов платины плазмы вакуумноков превосходит существующие в настоящее время в дугового разряда. 1 Ч без СВЧ накачки, 2 Ч с СВЧ накачкой.

источниках многозарядных ионов.

N Ч кратность ионизации.

Данная работа была частично поддержана грантами РФФИ (№ 05-02-16256), АФГИР (№ ТО-016-02) и президента РФ (№ МД-148.2203.02).

Обсуждение Нагрев электронов металлической плазмы СВЧ воСписок литературы ной в условиях ЭЦР приводит к дополнительной обдирке ионов и к повышению концентрации плазмы. Как [1] Thuillier T., Bouly J., Curdy J. et al. // Proc. 15th Intern.

следует из проведенной выше оценки, плазмогенератор Workshop on ECR Ion Sources. Finland: Juvaskyla, 2002.

P. 13Ц16.

при токе дуги 115 A заполняет магнитную ловушку [2] Gammino S., Torrisi L., Giavola G. et al. // J. Appl. Phys.

плазмой с концентрацией на уровне 4 1012 cm-3, при 2004. Vol. 96. N 5. P. 2961Ц2967.

этом удается добиться увеличения заряда ионов в 4 раза, [3] Месяц Г.А., Баренгольц С.А. // УФН. 2002. Т. 172. № 10.

причем во столько же раз увеличивается и концентрация С. 1113Ц1130.

электронов плазмы. В результате концентрация плазмы [4] Oks E.M. // IEEE Trans. on Plasma Sci. 2002. Vol. 30. N 1.

в ловушке может превосходить критическое значение, P. 202Ц207.

соответствующее частоте СВЧ накачки (1.7 1013 cm-3), [5] Batalin V.A., Bugaev A.S., Gushenets V.I. et al. // J. Appl.

при этом нагрев электронной компоненты плазмы проPhys. 2002. Vol. 92. N 5. P. 2884Ц2889.

исходит уже не так эффективно, как в случае с до[6] Cavenago M., Kulevoy T., Vassiliev A. // Rev. Sci. Instrum.

критической плотностью [14]. Поэтому снижение тока 1998. Vol. 69. N 2. P. 795Ц797.

[7] Spadtke P. GSI-Darmstadt. Unpublished Private Communiвакуумно-дугового разряда до уровня 80 A является cation.

оптимальным для формирования многозарядных метал[8] Geller R. Electron Cyclotron Resonance Ion Sources and лических ионов.

ECR Plasmas. Bristol: Institute of Physics, 1996.

Увеличение мощности СВЧ накачки приводит, с одной [9] Geller R. // Rev. Sci. Instrum. 1998. Vol. 69. N 3. P. 1302 - стороны, к увеличению температуры электронов и улуч1310.

шает тем самым условия образования многозарядных [10] Голованивский К.С. // ПТЭ. 1985. № 5. С. 7Ц26.

ионов. С другой стороны, разряд начинает развиваться [11] Semenov V., Skalyga V., Smirnov A., Zorin V. // Rev. Sci.

во все более удаленных от оси областях магнитной Instrum. 2002. Vol. 73. N 2. P. 635Ц637.

овушки, что в свою очередь приводит к сильному [12] Goldenberg A.L., Litvak A.G. // Phys. Plasmas. 1995. Vol. 2.

возрастанию концентрации плазмы за счет примесей, N 6. Pt. 2. P. 2562Ц2572.

[13] Anders A., Yushkov G.Yu. // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 91. N 8.

десорбированных со стенок вакуумной камеры, а это P. 4824Ц4832.

может приводить к понижению температуры электронов.

[14] Стикс Т. Теория плазменных волн. Атомиздат, 1965.

Возможно, этим и объясняется существование в экспе[15] Yushkov G.Yu., Anders A. // IEEE Trans. on Plasma Sci. 1998.

риментах оптимума по мощности СВЧ излучения.

Vol. 26. N 2. P. 220Ц226.

Анализ масс-зарядовых спектров показывает, что в плазме присутствует довольно большое количество примесей. В основном это ионы (Fe, Ni, Cr) Ч составляющие нержавеющей стали, из которой был выполнен анод плазмогенератора, и газовые ионы (H, O, N). Ионы Fe, Ni, Cr попадают в плазму главным образом вследствие эрозии анода, а газы Ч из остаточной атмосферы за счет адсорбции на поверхности катода между импульсами Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам