WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

В разделе 4.4 описаны результаты экспериментов по достижению минимального времени развития разряда в простой магнитной ловушке при частоте СВЧ излучения накачки 75 ГГц. Продемонстрировано существенное увеличение среднего заряда ионов гелия за счет увеличения частоты накачки при сохранении времени выхода параметров плазмы на стационар. Представлены результаты исследований зависимости момента возникновения пробоя от начального давления нейтрального газа в ловушке. Показана возможность достижения времени развития разряда менее 5 мкс за счет существенного увеличения давления в разрядной камере до значений порядка 10-2 Торр, но при этом выход на стационар с высокой степенью ионизации газа реализовываться не может.

В разделе 4.5 обсуждаются результаты, описанные в разделах 4.3 и 4.4. Показано соответствие теоретических представлений о влиянии основных параметров на динамику пробоя результатам экспериментов. Продемонстрировано то, что время выхода параметров плазмы на стационар определяются главным образом ее временем жизни и слабо зависит от других параметров.

В разделе 4.6 на основании полученных выше результатов предлагается схема короткоимпульсного газодинамического ЭЦР источника МЗИ, удовлетворяющего требованиям проекта «Beta Beam». В рамках данной схемы СВЧ накачка будет осуществляться на частоте до 120 ГГц, что позволит создавать в ловушке плазму с плотностью до 11014 см-3. Удерживаться плазма будет в ловушке со встречными полями с эффективной длинной порядка 10 см, что необходимо для подавления МГД неустойчивостей плазмы, а также обеспечит время выхода разряда на стационарную стадию менее 10 мкс. Мощность СВЧ накачки свыше 200 кВт будет достаточна для поддержания температуры электронов на необходимом уровне для реализации распределения ионов гелия по кратностям ионизации с максимумом на Не2+. Использование разрядной камеры с малым объемом обеспечит эффективность использования дорогих частиц до 30 %. Экстракция ионного пучка будет осуществляться с помощью традиционной двух электродной системы экстракции с малым диаметром отверстия в плазменном электроде (1 мм). Такая системы экстракции позволит получать пучки ионов с током не менее 10 мА.

В заключении сформулированы основные научные результаты, полученные в диссертационной работе.

Основные результаты работы

Полученные в диссертационной работе основные научные результаты заключаются в следующем.

  1. Построена теоретическая модель, описывающая динамику развития ЭЦР разряда в тяжелых газах в открытых магнитных ловушках и процесс формирования МЗИ в плазме разряда. Особенностью модели является учет влияния на функцию распределения электронов по энергиям на начальной стадии разряда эффекта суперадиабатического взаимодействия электронов с СВЧ волной в условиях ЭЦР. Результаты расчетов в рамках модели хорошо согласуются с экспериментальными данными.
  2. Предложен бесконтактный метод определения температуры и концентрации электронов в сильноионизованной плазме ЭЦР разряда при квазигазодинамическом режиме ее удержания в магнитной ловушке по экспериментально измеренным величинам плотностей потоков ионов всех кратностей ионизации через пробки ловушки.
  3. Разработаны компактная магнитная система и разрядная вакуумная камера, позволившие оптимизировать время жизни плазмы при квазигазодинамическом режиме удержания в ловушке со встречными полями для условий экспериментальной установки SMIS 37. Получена плазма с концентрацией электронов приблизительно 1013 см-3 при их температуре около 50 эВ и временем жизни в ловушке 10 мкс, что обеспечило параметр удержания на уровне, достаточном для генерации МЗИ.
  4. Впервые экспериментально реализован квазигазодинамический режим удержания неравновесной плазмы ЭЦР разряда в тяжелых газах в ловушке со встречными полями при мощной СВЧ накачке, и определены условия для эффективной генерации МЗИ.
  5. Получены потоки ионов с плотностью до нескольких ампер через квадратный сантиметр из плазмы ЭЦР разряда, удерживаемой в ловушке со встречными полями и созданной мощным СВЧ излучением гиротрона с частотой 37,5 ГГц и мощностью до 100 кВт. Продемонстрирована возможность получения пучков МЗИ (со средним зарядом 2-3 для азота) с рекордной яркостью.
  6. Показана возможность быстрого ЭЦР пробоя газа в ловушке ЭЦР источника МЗИ (менее 15 мкс) за счет реализации квазигазодинамического режима удержания плазмы при использовании в качестве накачки излучения гиротрона миллиметрового диапазона длин волн. Получены пучки многозарядных ионов с длительность импульса ~ 50 мкс.
  7. Были проведены экспериментальные исследования эффективности ионизации гелия в плазме ЭЦР разряда, удерживаемой в простой зеркальной магнитной ловушке в условиях интенсивной СВЧ накачки на частоте 75 ГГц. Было показано существенное увеличение параметра удержания за счет повышения частоты греющего поля и, как следствие, рост среднего заряда ионов в плазме.

Список цитируемой литературы

[1] Dandl R.A., England A.C., Ard W.B. et. al. Properties of a high-beta plasma produced by electron-cyclotron heating. // Nuclear Fusion. 1964. V. 4. P. 344-353.

[2] Ikegami H., Ikezi H., Hosokawa M. et. al. Shell structure of a hot-electron plasma. // Physical Review Letters. 1967. V. 19. N. 14. P. 778-781.

[3] Будников В.Н., Виноградов Н.И., Голант В.Е. и др. Исследование плазмы, созданной СВЧ полем в режиме циклотронного резонанса. // Журнал технической физики. 1967. Т. 37. № 5. С. 851-856.

[4] Аликаев В.В., Бобровский Г.А., Позняк В.И. и др. Нагрев плазмы в токамаке ТМ-3 на электронно-циклотронном резонансе при магнитных полях до 25 кЭ. // Физика плазмы. 1976. Т. 2. Вып. 3. С. 390-395.

[5] Димов Г.И., Закайдаков В.В., Кишиневский М.Е. Термоядерная ловушка с двойными пробками. // Физика плазмы. 1976. Т. 2. Вып. 4. С. 597-610.

[6] Аликаев В.В. ВЧ и СВЧ методы нагрева плазмы. // Итоги науки и техники. Сер. Физика плазмы. 1981. Т. 1. Ч. 2. С. 80-99.

[7] Аликаев В.В., Литвак А.Г., Суворов Е.В., Фрайман А.А. Электронно-циклотронный нагрев плазмы в тороидальных системах. // В кн. : Высокочастотный нагрев плазмы. Горький : ИПФ АН СССР. 1983. С. 6-70.

[8] Бочаров В.Н., Завадский Н.А., Киселёв А.В. и др. Генерирование плазмы в открытой ловушке на ЭЦР при осевом распространении волны. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 1985. Вып. 3. С. 64-70.

[9] Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей. // М.: Энергоатомиздат. 1991. 528 С.

[10] Голованивский К.С., Дугар-Жабон В.Д. Ионные источники на основе электронного циклотронного резонанса (обзор). // Приборы и техника эксперимента. 1991. № 4. С. 8-18.

[11] Geller R. Electron cyclotron resonance ion sources and ECR plasmas. // Institute of Physics. Bristol. 1996.

[12] Geller R. ECRIS – closing remarks. // Journal de Physique. 1989. Colloque C1. Suppl. N 1. V. 50. P. 887-892.

[13] Geller R., Jacquot B., Sortais P. The upgrading of the multiply charged heavy-ion source Minimafios. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1986. V. A243. P. 244-254.

[14] Golubev S.V., Zorin V.G., Zorina T.N., Razin S.V.. // Proc. Int. Workshop on Strong Microwaves in Plasmas. N.Novgorod. 1991. V.1, p. 485-489.

[15] Golubev S.V., Zorin V.G., Razin S.V.. // Proc. Int. Workshop on Strong Microwaves in Plasmas, N.Novgorod, 1996. v. 1, p. 363.

[16] http://beta-beam.web.cern.ch/beta-beam/.

[17] Leitner D., Lyneis C.M. Abbot S.R. et al. // Proc. 16th Intern. Workshop on ECR Ion Sources, Berkeley, California, USA, 2004, p. 3.

[18] Bouly et al. // Rev. Sci. Instrum, Vol. 73, № 2, 2002, p. 528.

[19] Zhang Z.M., Zhao H.W., Sun L.T.. et al. // Rev. Sci. Instrum. V.77, No 3, part 2, 03A308, 2006.

[20] Gamino S., Ciavola G., Celona L. et al. // Rev. Sci. Instrum. 72(11), 2001, 4090.

[21] Haines M.G. // Nucl. Fusion, 1977, v. 17, p. 811.

[22] Lau C., Cheikh M., Essabaa S., Arianer J. et al. // Rev. Sci. Instrum. V.77, No 3, part 2, 03A706, 2006.

[23] Davidson R.C., Friedman A., Celata C. M., Welch D. R., et. al. // Laser and Particle Beams 20, 377, 2002.

[24] Суворов Е.В., Токман М.Д. // Физика плазмы, т. 15, № 8, стр.540, 1989.

[25] M.A. Lieberman, A.J. Lichenberg. // Plasma Phys. 1973, v. 15, p. 125.

[26] Lejeune C., Aubert J. // Applied Charged Particle Optics (ed. by A. Septier). Academic Press, London, 1980, v. 13A, p. 159-259.

[27] Я. Браун, «Физика и технология источников ионов», Мир, 1998.

[38] Kwan J.W. // IEEE Transactions on Plasma Science, v. 33, No. 6, p. 1901, 2005.

Список публикаций по теме диссертации

[1A] V.E. Semenov, V.A. Skalyga, V.G. Zorin. Scaling for ECR Sources of Multicharged Ions with Pumping at Frequencies from 10 to 100 GHz // Review of Scientific Instruments, v. 73, n2, Part II, p. 635 – 637, 2002.

[2A] А.В.Водопьянов, С.В. Голубев, В.Г. Зорин, С.В. Разин, А.В. Сидоров, В.А. Скалыга, А.Г. Шалашов. Динамика СВЧ разряда в магнитном поле в условиях сильной предварительной ионизации газа // Изв. Вузов: Радиофизика, т. 46, № 8-9, с. 822-829, 2003.

[3A] S.V Golubev, S.V. Razin, A.V. Sidorov, V.A. Skalyga, A.V. Vodopyanov, V.G. Zorin. High Current Density Ion Beam Formation from Plasma of ECR Discharge // Review of Scientific Instruments, v.75, n5, p. 1675-1677, 2004.

[4A] S.V. Golubev, I.V. Izotov, S.V. Razin, V.A. Skalyga, A.V. Vodopyanov, V.G. Zorin. Multicharged Ion Generation in Plasma Created by Millimeter Waves and Confined in a CUSP Magnetic Trap // Transactions of Fusion Science and Technology, v. 47, n. 1T, fuste8, p. 345-347, 2005.

[5A] V. Skalyga, V. Zorin, V. Izotov, A. Sidorov, T. Lamy, P. Sortais, T. Thuillier. Gas Breakdown in ECR ion Source // Review of Scientific Instruments. v.77, n3, p. 03A325-1 – 03A325-3, 2006.

[6A] V. Skalyga, V. Zorin, I. Izotov, S. Razin, A. Sidorov, A. Bohanov. Gasdynamic ECR Source of Multicharged Ions Based on a Cusp Magnetic Trap // Plasma Sources Science and Technology, 15, p. 727-734, 2006.

[7A] А.Ф. Боханов, В.Г. Зорин, И.В. Изотов, С.В. Разин, А.В. Сидоров, В. А. Скалыга. Создание плотных потоков многозарядных ионов из ЭЦР источника на базе ловушки со встречными полями с квазигазодинамическим режимом удержания плазмы // Физика плазмы, т. 33, № 5, c. 385-394, 2007.

[8A] S. Golubev, I. Izotov, S. Razin, A. Sidorov, V. Skalyga, A. Vodopyanov, V. Zorin, A. Bokhanov. High Current ECR Source of Multicharged Ion Beams // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, v. 256, p. 537 – 542, 2007.

[9A] A.V. Vodopyanov, S.V. Golubev, I.V. Izotov, V.I. Khizhnyak. D.A. Mansfeld, V.A. Skalyga and V.G. Zorin. ECR Plasma With 75 GHz Pumping // High Energy Physics and Nuclear Physics, 2007.

[10A] V.E. Semenov, V.A. Skalyga, V.G. Zorin. Generation of multiple-charge ions in an ECR discharge in the quasi-gasdynamic confinement regime. // Proceedings of 15th International Workshop on ECR Ion Sources (ECRIS’02), June 12-14, 2002. (Finland). p. 196-199.

[11A] S. Golubev, D. Mansfeld, S.V. Razin, V. Skalyga, A. Vodopyanov, V. Zorin, R. Geller, T. Lamy, P. Sortais, T. Thuillier, V. Murugov, A. Senik, A. Kravchenko, D. Litvin, V.Misko, S. Petrov. Progress Report of Investigations on Gyrotron ECR Ion Source SMIS 37. // Proc. of the 15th International Workshop on ECR Ion Sources (ECRIS’02). Jyvskyl, Finland, June 12 – 14, 2002, p. 21-24.

[12A] S.V. Golubev, S.V. Razin, V.A. Skalyga, A.V.Vodopyanov, V.G. Zorin, T. Lamy, P. Sortais. Applications of Dense Plasma of ECR Discharge Sustained by Powerful Millimeter Wave Radiation. // Proc. of 12th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating. Aix-en-Provence, France, May 13-16, 2002, p. 353 – 358.

[13A] S. Golubev, D. Mansfeld, S.V. Razin, V. Skalyga, A. Vodopyanov, V. Zorin, V. Murugov, A. Senik, A. Kravchenko, D. Litvin, V. Misko, S. Petrov, R. Geller, T. Lamy, P. Sortais, T. Thuillier. ECR Ion Sources: Recent Developments. // Proceedings of the 5-th International Workshop “Strong Microwaves in Plasmas”. Ed. by A.G. Litvak. Nizhny Novgorod, Russia, 2003, v. 2, p. 618-630.

[14A] В.А. Скалыга, В.Г. Зорин. Определение параметров плазмы в ловушке ЭЦР источника многозарядных ионов по характеристикам экстрагируемого ионного пучка. // Сборник докладов второй научно-технической конференции «молодежь в науке». 12-14 ноября 2003, РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров. Стр. 637-640.

[15A] А.В. Водопьянов, С.В. Голубев, В.Г. Зорин, С.В. Разин, А.В. Сидоров, В.А. Скалыга, А.Г. Шалашов. Создание плотной плазмы в прямой магнитной ловушке с малым полем. // Труды конференции “Физика низкотемпературной плазмы ФНТП-2004”, Петрозаводск.

[16A] V.Skalyga, V.Zorin. Multicharged Ion Generation in Plasma Confined in a Cusp Magnetic Trap at Quasigasdynamic Regime. // Proceedings of the 16th International Workshop on ECR Ion Sources “ECRIS’04”. Berkeley, California, USA, 26-30 September, 2004. p. 112-115.

[17A] V. Zorin, S. Golubev, S. Razin, A. Vodopyanov, V. Skalyga, I. Izotov, A. Sidorov, A. Bohanov. ECR ion source with quasi-gasdynamic plasma confinement regime. // Proceedings of the VI international workshop "Strong microwaves in plasmas”. Russia, July 25 – August 1, 2005. 2006.

[18A] S. Golubev, A. Bokhanov, I. Izotov, S. Razin, A. Sidorov, V. Skalyga, A.Vodopyanov and V. Zorin. Multicharged ion formation in plasma of electron cyclotron resonance discharge. // Proceedings of 13th International Congress on Plasma Physics (ICPP’06), May 22-26, 2006(Kiev), D113p.

[19A] S. Golubev, I. Izotov, S. Razin, A. Sidorov, V. Skalyga, A. Vodopyanov, V. Zorin, A. Bokhanov. Quasi-Gasdynamic ECR Sources of Multicharged Ions. // Proceedings of The 6th International Workshop “Microwave discharges: Fundamentals and Applications”, September 11-15, 2006, Zvenigorod, Russia, p. 205-210.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»