Читать онлайн

В настоящее время в ряде ионных электронно-циклотронных резонансных (ЭЦР) источников для создания и нагрева плазмы используется мощное микроволновое излучение современных гиротронов. Вследствие большой мощности излучения такие системы работают в основном в импульсном режиме. Этот тип ионных ЭЦР-источников был разработан в Институте прикладной физики Российской академии наук, и большая часть экспериментальных исследований была выполнена на установке SMIS 37. Для создания плазмы на SMIS 37 использовались гиротроны с частотами 37,5 и 75 ГГц и максимальными мощностями 100 и 200 кВт, соответственно. Такое микроволновое излучение позволяло создавать плазму с уникальными параметрами: электронной плотностью более 1013 см–3, электронной температурой 50–300 эВ, ионной температурой около 1 эВ. Принципиальное отличие этих систем от традиционных ЭЦР-источников состоит в реализации так называемого квазигазодинамического режима удержания плазмы в ловушке. В соответствии с режимом удержания такие источники были названы «газодинамическими ЭЦР-источниками». В этих системах время жизни плазмы обычно составляет несколько десятков микросекунд, что в сочетании с высокой электронной концентрацией приводит к формированию плазменных потоков из ловушки с плотностями до 1–10 А/см2. Была продемонстрирована возможность создания пучков МЗИ (азот, аргон) и протонных (дейтронных) пучков с токами на уровне сотен мА при среднеквадратичном нормализованном эмиттансе порядка 0,1 ×мм×мрад. Следующим шагом в исследованиях является переход к непрерывному режиму работы газодинамического ионного ЭЦР-источника (ЭЦР ИИ). С этой целью в ИПФ РАН создаётся новая экспериментальная установка. Для получения плазмы в будущем источнике будет использоваться излучение гиротронов на частотах 28 и 37,5 ГГц. В настоящей работе дан обзор полученных результатов и состояния дел по монтажу нового источника.

In present time, some ECR ion sources use a high frequency powerful microwave radiation of modern gyrotrons for plasma heating. Due to high radiation power such systems mainly operate in a pulsed mode. This type of ECR ion sources was developed at the Institute of Applied Physics of Russian Academy of Sciences and the most part of experimental research was performed at SMIS 37 facility. At SMIS 37 gyrotrons with 37.5 and 75 GHz frequencies and 100 and 200 kW maximum power respectively are used for plasma production. Such heating microwaves allow creating plasma with unique parameters: electron density > 1013 cm-3, electron temperature 50–300 eV, ion temperature about 1 eV. The principal difference between these systems from the conventional ECR sources is a so-called quasigasdynamic regime of plasma confinement. In accordance with the confinement regime such sources have been called “gas-dynamic ECR sources”. Typically, plasma lifetime in such systems is about 10 microseconds, which in combination with the high plasma density leads to formation of the plasma fluxes from a trap with density up to 1–10 A/cm2 The possibility of multiply charged ion beams (nitrogen, argon) and proton (or deuterium) beams production with currents up a few hundreds of mA and normalized rms emittance about 0.1 mmmrad was demonstrated. The next step in the research is a transition to continuous wave (CW) operation. For this purpose, a new experimental facility is under construction at the IAP RAS. Future source will utilize 28 and 37.5 GHz gyrotron radiation for plasma heating. Overview of the obtained results and the status of the new source development will be presented.

Ключевые фразы: ионные источник, сильноточные ионные пучки, ЭЦР-разряд, гиротрон
Автор (ы): Скалыга Вадим Александрович, Голубев Сергей Владимирович, Изотов Иван Владимирович, Лапин Роман Львович, Разин Сергей Владимирович, Сидоров Александр Васильевич, Шапошников Роман Анатольевич
Журнал: ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА

Предпросмотр статьи

Идентификаторы и классификаторы

SCI
Физика
УДК
533.9.07. Установки и аппаратура для изучения и создания плазмы
537.5. Электронные и ионные явления. Разряды. Плазма. Излучения
eLIBRARY ID
37027094
Для цитирования:
СКАЛЫГА В. А., ГОЛУБЕВ С. В., ИЗОТОВ И. В., ЛАПИН Р. Л., РАЗИН С. В., СИДОРОВ А. В., ШАПОШНИКОВ Р. А. СИЛЬНОТОЧНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЭЦР-ИСТОЧНИКИ ИОНОВ // ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА. 2019. №1
Текстовый фрагмент статьи