Научный архив: статьи

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.

Приводятся результаты первых экспериментов по изучению объемной генерации отрицательных ионов водорода при использовании плотной газодинамической плазмы ЭЦР-разряда, который поддерживался непрерывным микроволновым излучением гиротрона (28 ГГц/5 кВт). ЭЦР водородный разряд зажигался в вакуумной камере, помещенной в магнитное поле, создаваемое системой из двух последовательно соединенных магнитных ловушек. Была проведена оптимизация параметров системы с целью получения максимальной средней плотности тока отрицательных ионов j = 25 мА/см2. Определена область генерации отрицательных ионов, измерены зависимости плотности их тока от давления газа и мощности микроволнового излучения, показана перспективность дальнейшей оптимизации по напряжению экстракции.

Приводятся результаты экспериментальных исследований интенсивности собственного вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения разряда в водороде, поддерживаемого в открытой магнитной ловушке мощным излучением гиротрона (частотой f = 28 ГГц и мощностью до Pgyr = 5 кВт) в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) в непрерывном режиме. Были определены параметры, соответствующие оптимальным условиям генерации ВУФ-излучения плазмой ЭЦР-разряда. Показано, что мощность излучения в диапазоне l = 120–160 нм достигает W = 0,75 кВт, что соответствует эффективности в h = 20 %.