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为了更好地提高引出离子束的均匀性,对离子束刻蚀用矩形射频电感耦合等离子体(ICP)离子束源提出了三种线圈的设计方法,并对这三种线圈激发的电场进行了数值计算和比较。结果表明,直线段式不等距天线和并联多螺旋不等距天线线圈能够产生均匀性良好的电场,且其耦合效率高。     

HT—6M装置中性束注入加热初步实验

一、引 言 在受控核聚变领域中,中性束注入是加热高温等离子体最有效方法之一。目前,几乎所有托卡马克实验中所获得高的温度,都是在有中性束注入情况下实现的。而用中性束注入加热托卡马克等离子体在国内尚属首次。 中性束注入系统的关键是离子源引出高能离子束,经过中性化室将高能离子束转变成高能中性束,并注入到装置中去加热等离子体,以提高等离子体的离子温度。 该系统涉及技术领域广,工程量大,经过多年艰苦努力,HT-6M装置中性束注入系统,终于进入实验阶段。本文介绍当50kW中性束注入HT-6M装置后,等离子体温度净增约80eV。     

感应耦合等离子体中和枪的电子引出特性研究

给出了一种感应耦合等离子体源的设计,用于等离子体中和枪装置。通过实验方法研究等离子体源的电子引出特性,并结合理论分析了等离子体密度随射频功率的变化关系。研究结果表明等离子体源的电子引出特性与放电腔内气压有关联性,E?H模式转换中电子密度的变化与负载的电感值相关。研究成果对等离子体中和枪的发展有重要的参考价值。     

高能强流负离子束系统束光学特性的数值模拟

基于负离于-中性束注入器中强流负离子束引出与加速系统的特点所建立的数值模拟模型和计算程序,通过数值模拟研究了强流负离子束系统电磁场位形、几何参数、等离子体参数、束流密度和负离子剥离损失对负离子束光学特性的影响。对8电极800keV强流负离子束系统的初步优化结果表明对引出流密度为2lmA·cm-2的H-离子束,当负离子初始温度为0.2eV时,由系统出射的85％束散角可达到0.23°。     

低磁场下驻波对螺旋波等离子体均匀性的影响

螺旋波放电具有很高的耦合效率,作为一种高密度等离子体源在材料表面处理、薄膜沉积、离子推进器等领域具有广阔的应用前景.不同的波模式下能量耦合的方式直接关系到源区的等离子体分布,进而影响扩散腔中材料的处理和沉积薄膜的均匀性.本文通过电特性(功率-电流)曲线、增强型电荷耦合相机和磁探针诊断等方式对螺旋波等离子体源中出现的角向不均匀性进行研究,认为天线下端出现的驻波螺旋波可能是造成这种现象的关键因素.     

真空中聚乙烯膜在纳秒脉冲电压下的沿面闪络特性

 在高功率离子束二极管中，当利用阳极膜沿面闪络产生的等离子体作为离子束引出源时，其特性对产生离子束的大小和品质有着很大的影响，因此要深入研究阳极膜的沿面闪络特性。主要介绍了所研制的一套适用于沿面闪络特性研究的实验装置和测量诊断系统。对离子束二极管中使用的三种厚度聚乙烯薄膜在脉冲电压下的沿面闪络特性进行了实验研究，并对沿面闪络过程中薄膜表面的发光现象作了初步的诊断。     

平板型感应耦合等离子体源的线圈配置对功率耦合效率的影响

基于感应耦合等离子体的变压器模型，分析了感应耦合等离子体的功率耦合效率与线圈配置(几何尺寸、电学参量)及等离子体基本参量(等离子体电子密度、电子-中性粒子有效碰撞频率)之间的关系；然后，改变平板型线圈的匝数从而改变了线圈的几何尺寸、电学参量，并且测量出了不同的线圈所对应的功率耦合效率.实验结果表明，线圈的电感量是能否实现放电的决定性因素；而功率耦合效率则与感应线圈的Q值、放电参量(气压、功率)等密切相关，射频输入功率的增加、放电气压的上升都会导致感应耦合等离子体耦合效率的提高，这与感应耦合等离子体的变压器模型预测结果是符合的. 然而，变压器模型给出的提高线圈Q值可导致耦合效率增强的预测结果仅适用于同等电感量的线圈条件. 本文对于单线圈的感应耦合等离子体源的研究为线圈的优化设计甚至大面积的多线圈感应耦合等离子体源研制提供了理论依据. 关键词： 感应耦合等离子体 功率耦合效率 变压器模型     

强流离子源光腔衰荡光谱应用研究

强流离子源是托卡马克中性束注入器的核心部件,为了满足未来对高能量离子束中性化效率的要求,负离子源成为中性束注入系统的首选。光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)是一种超高灵敏探测吸收光谱技术。在强流负离子源中,利用氢负离子的光致剥离过程,CRDS可以用来测量氢负离子的绝对积分密度。与激光光致剥离法与光学发射光谱法相比,CRDS具有不受电磁干扰、不依赖等离子体参数、测量精度高等优点。强流离子源负离子密度测量所用CRDS系统由激光器、光学谐振腔、光电探测器和数据采集系统四部分组成。本文根据CRDS测量氢负离子密度的原理,详细推导了氢负离子密度的计算方法,给出了氢负离子密度测算表达式;然后,结合强流离子源实验室应用的具体情况,分析了各部分装置的选择原则与注意事项;最后,介绍了CRDS技术在德国马克斯-普朗克等离子体物理研究所、日本国立聚变科学研究所、意大利Consorzio RFX研究所强流负离子源研究中的应用情况。实验结果表明,源腔气压、源功率等源参数会影响氢负离子密度;铯的注入可以将氢负离子密度从1016 m-3量级提高到1017 m-3量级;同时,日本NIFS的实验结果证明氢负离子密度与引出电流呈线性关系。     

第四讲 超强激光脉冲与等离子体相互作用中高能离子的产生

近几年来，由于高功率激光技术的不断发展，利用超强激光脉冲与等离子体相互作用产生高能离子束的研究得到了极大推动．实验和理论模拟均发现，在超强激光脉冲与等离子体相互作用过程中，可以产生高亮度、小尺寸、方向性好的高能质子束和高能重离子束．这种基于超强激光的高能离子源在先进离子束成像技术、惯性约束聚变混合“快点火”、新型台面离子加速器以及医疗等方面都有很诱人的应用前景．文章主要介绍了超强激光与固体靶相互作用中高能离子束（尤其是质子束）的加速机制、高能离子束特性、常用测量方法及其潜在应用，并对最新的研究进展进行了简单介绍．     

大面积负离子束源磁过滤器的设计及实验研究

中性束注入是磁约束核聚变能研究中重要的辅助加热手段。大面积负离子源是中性束注入系统的核心部件。在负离子源工作过程中,负离子的电子结合能非常小(约0.75e V),极易被高能电子破坏。为此需要设计过滤磁场降低电子温度,减少负离子的损失,同时也可以减少伴随引出的电子。根据大面积负离子束源的机械结构,分别设计了永磁体产生过滤磁场和利用等离子体电极(PG)电流产生磁场两种磁过滤器结构;通过有限元算法对产生的过滤磁场进行模拟分析和优化,完成了大面积负离子束源过滤磁场的研制。在负离子束源测试平台开展实验测试,引出区电子温度从5eV降至1eV。这个结果初步验证了大面积负离子束源的过滤磁场的性能,为大面积负离子束源的研制提供了支持。     

多源感应耦合等离子体的产生及等离子体诊断

基于单组多匝线圈的小腔体感应耦合等离子体，研究了线圈配置与耦合效率等之间的关联，并将实验结果应用到多组并联螺旋天线感应耦合等离子体放电体系中.采用了改进的朗谬尔探针方法对单源和多源感应耦合等离子体的电参量分别进行了表征.结果表明，使用多螺旋天线并联方式可以产生低气压高密度的感应耦合等离子体放电，通过调整工艺参量，可以将等离子体密度和光刻胶的刻蚀均匀性控制在80％以上. 关键词： 多源感应耦合等离子体 朗谬尔探针 等离子体灰化     

强流重离子束驱动的高能量密度物理研究进展

强流高能离子束可以准等容加热任何高密度样品,制备出尺度大、状态均匀、内部无冲击波的高能量密度物质,为实验室研究高能量密度物理提供了一种独特的新手段。介绍了国内外典型的强流重离子加速器装置及其与高能量密度物理相关的关键参数设计和研究规划;展示了基于粒子和流体模拟的离子束驱动高能量密度物质产生和状态演化规律进展;介绍了一套兼具高时空分辨和高穿透力的高能电子成像诊断技术;分析了中低能区离子束与等离子体相互作用过程中的碰撞和电荷交换微观机制,以及激光加速超短超强离子束在等离子体中的非线性输运和欧姆能损机制。     

等离子体离子源发射面的理论计算与数值模拟

 等离子体离子源发射面的位置和形状决定了离子束的传输特性,而发射面的位置与形状又取决于等离子体参数、引出电压、电极结构等,并自动地调节到某个平衡状态。介绍了一种2维情况下等离子体离子源发射面的位置与形状的理论计算方法,即非磁化等离子体不能扩散进入外加电场中大于一定临界值的区域,等离子体离子源发射面的位置及形状可以通过直接求解引出系统的Laplace方程而得到。利用基于PIC的OOPIC程序对不同引出结构的发射面位置及形状和引出束流进行了数值模拟,结果与理论计算的结果十分接近。     

等离子体刻蚀工艺的物理基础

介绍了等离子体刻蚀工艺背景以及有关等离子体刻蚀机理的研究进展，综述了等离子体刻蚀机理的研究方法，着重阐述了电容耦合放电和电感耦合放电等离子体物理特性，特别是双频电容耦合放电等离子体和等离子体鞘层研究中的关键问题。     

像增强器荧光屏亮度均匀性自动测试系统

像增强器荧光屏亮度均匀性是评价像增强器的重要指标，其测试是像增强器测试领域的重点与难点。本文介绍一套我们研制的像增强器荧光屏亮度均匀性自动测试系统，该系统使用图像采集与图像处理技术，做到了自动测试，并且使测量精度提高了一个数量级。文章首先介绍了像增强器荧光屏亮度均匀性定义与传统光学测试方法，然后从传统方法的缺陷入手，系统阐述了新系统的工作原理、系统构成、测量结果。文章的最后对新系统测试结果与目前常规使用的光学测量结果进行了比较，从而体现该系统的独特性与优越性。     

氩-氮混合气电感耦合等离子体在元素和同位素分析中的应用进展

在传统Ar等离子体中引入其他活性气体(如氮气等)已经成为拓展其分析性能的一种重要手段。本文较系统的阐述了Ar-N₂混合气体电感耦合等离子体的基本物理化学性质,从N₂气引入引起传统Ar-ICP基本物理化学参数变化的层面出发探讨了Ar-N₂混合气等离子体特殊性质产生的机制,回顾了Ar-N₂混合气电感耦合等离子体在质谱分析中近40年的应用成果,并且展望了该技术在未来元素和同位素分析领域的应用前景。     

微型电子回旋共振离子推力器离子源结构优化实验研究

微型电子回旋共振(ECR)离子推力器可满足微小航天器空间探测的推进需求. 为此, 本文开展直径20 mm的微型ECR离子源结构优化实验研究. 根据放电室内静磁场和ECR谐振区的分布特点, 研究不同微波耦合输入位置对离子源性能的影响, 结果表明环形天线处在高于ECR谐振强度的强磁场区域时, 微波与等离子体实现无损耦合, 电子共振加热效果显著, 引出离子束流较大. 根据放电室电磁截止特性, 结合微波电场计算, 研究放电容积对离子源性能的影响, 实验表明过长或过短的腔体长度会导致引出离子束流下降甚至等离子体熄灭. 经优化后离子源性能测试表明, 在入射微波功率2.1 W、氩气流量14.9 μg/s下, 可引出离子束流5.4 mA, 气体放电损耗和利用率分别为389 W/A和15%.     

电感耦合等离子体CVD低温生长硅薄膜过程中的铝诱导晶化

利用电感耦合等离子体CVD方法在350℃的低温下在镀Al玻璃衬底上制备出具有良好结晶性的Si薄膜.利用x射线衍射、紫外-可见分光椭圆偏振谱、原子力显微镜及x射线光电子谱等研究了薄膜的结构、表面形貌和成分分布等.结果表明，用这种方法制备的Si薄膜不但晶化程度高，而且具有良好的（111）结晶取向性，晶粒尺寸大于300nm，样品中无Al的残留.结合电感耦合等离子体的高电子密度特征讨论了低温生长过程中Al诱导Si薄膜晶化的机理. 关键词： 电感耦合等离子体CVD Al诱导晶化 Si薄膜 低温生长     

光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标，直接影响到透射光学系统的波面质量，改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion，ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测，同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测，并与国外检测数据进行了对比，对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明，样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小，可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理，对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果，表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符，解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。     

容性耦合等离子体中电子加热过程及放电参数控制

容性耦合等离子体放电因在工业界有重要的应用价值而受到广泛关注.对于容性耦合等离子体放电的研究主要集中于对等离子体参数的控制,以实现更好的工艺效果,例如高深宽比刻蚀等.而关于等离子体参数的调控主要分为气体、腔室以及源这三个方面.改变这些外部参数,可以直接影响鞘层的动力学过程以及带电粒子的加热过程,进而实现对电子和离子能量、通量,等离子体均匀性,中性基团的密度等的控制,最终提高工艺质量和生产效率.本文梳理了近些年容性耦合等离子体研究的几个主要方向,尤其对等离子体放电中非常基础且重要的电子加热动力学问题进行了详尽的讨论,并重点介绍了一些通过外部放电参数调控容性耦合等离子体放电的手段和相关的研究热点.