ECR离子源中的微波功率在线测量

 在中子发生器中采用ECR离子源是一种新技术。由于受结构的限制,ECR离子源不能像高频源离子源那样通过观察气体放电的颜色判断其工作状态,所以在运行中调节状态非常困难。解决这个问题的方法是：用定向耦合器加微波小功率计的方法在线测量ECR离子源的微波入射功率,通过微波入射功率可以直接得到ECR离子源引出离子束流的大小,从而推断微波信号源的放电过程是否正常,然后调整ECR离子源,最终使中子发生器工作在最佳状态。从ECR离子源后面的引出电极测得的最大束流为20 mA,且工作长时间稳定,当微波功率在160 W~500 W之间时,放电效果较好,离子束流随微波功率的增加而增加。     

磁场可调永磁离子源

研制了一台磁场可调微波离子源,在离子源放电室处需要的磁场由一组永久磁铁产生,永久磁铁外部安装了铁磁回路,铁磁回路的结构可以很容易的手动调整,通过调整铁磁回路的结构,可以在放电室产生要求的磁场.在调试过程中,也可以调整铁磁回路以改变离子源内部磁场结构,有利于获得最佳放电条件.该源在测试中,从3mm直径的引出孔引出了17mA的离子束.     

磁场可调永磁离子源

研制了一台磁场可调微波离子源, 在离子源放电室处需要的磁场由一组永久磁铁产生, 永久磁铁外部安装了铁磁回路, 铁磁回路的结构可以很容易的手动调整, 通过调整铁磁回路的结构, 可以在放电室产生要求的磁场. 在调试过程中, 也可以调整铁磁回路以改变离子源内部磁场结构, 有利于获得最佳放电条件. 该源在测试中, 从3mm直径的引出孔引出了17mA的离子束.     

多峰离子源的三维数值模拟优化与设计

本文理论计算了多峰离子源永磁体, 采用二体碰撞模型处理电子之间的库仑碰撞, 运用空碰撞方法处理电子与氢元素相关粒子碰撞, 开发了全三维粒子模拟-蒙特卡罗模拟算法, 并采用此软件对热门多峰离子源JET-60U的两种优化设计模型进行数值模拟研究, 探索了两种离子源空间分布特性和体积负氢离子产率相关问题, 提出了负氢离子源设计的基本思想: 适当调整离子源多峰磁场分布情况可以输出均匀离子束; 适当调整引出磁场大小和离子源结构, 可以达到离子束空间均匀性和高产率兼顾的效果.     

微型电子回旋共振离子源的全局模型

微型电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)离子源在紧凑型离子注入机、小型中子管、微型离子推进器等领域有着十分广泛的应用.为了深入认识微型ECR离子源的工作机理,本文以北京大学自主研制的一款微型氘离子源作为研究对象,以氢气和氘气放电形成的等离子体为例,发展了一种基于粒子平衡方程的全局模型.研究结果表明,该离子源束流成分与离子源的运行气压和微波功率有着很强的依赖关系.对于氢气放电等离子体,微波功率低于100 W时,离子源可以分别在低气压和高气压情况下获得离子比超过50%的H~+₂离子束和H~+₃离子束;当微波功率高于100 W时,可以在很宽的运行气压范围内,获得质子比超过50%的束流.因此,提高微波功率是提高微型离子源质子比的关键.对于氘气放电等离子体, 3种离子比例对运行气压和微波功率的依赖关系与氢气放电等离子体的规律基本一致.但是在相同的运行条件下, D~+比例比H~+比例高10%—25%.也就是说,在微型氘离子源的测试和优化过程中,可以利用氢气代替氘气进行实验,并将质子比测量结果作为相同条件下氘离...     

离子源工艺参数对BCB胶刻蚀速率和表面粗糙度的影响

为了研究离子束刻蚀抛光过程中离子源工艺参数对刻蚀速率及表面粗糙度的影响,采用微波离子源为刻蚀离子源,以BCB胶为主要研究对象,研究了离子束能量、离子束电流、氩气流量、氧气流量对BCB胶刻蚀速率及表面粗糙度的影响,获得了离子源工艺参数与刻蚀速率及表面粗糙度演变的关系。研究结果表明,离子束能量在从400 eV增大到800 eV的过程中,刻蚀速率不断增大,从3.2 nm/min增大到16.6 nm/min;离子束流密度在从15 mA增大到35 mA的过程中,刻蚀速率不断增大,从1.1 nm/min增大到2.2 nm/min;工作气体中氧气流量从2 mL/min增大到10 mL/min的过程中,刻蚀速率会整体增大,在8 mL/min处略有下降。表面粗糙度变化不大,可以控制在1.8 nm以下。     

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%.     

离子辅助沉积中离子束流密度的作用

测量了End-Hall离子源在不同条件下的离子束流密度，在不同离子束流密度下进行了Ar离子辅助沉积ZrO2薄膜的实验，研究了离子束流密度对薄膜折射率、晶相的影响.根据动量传递模型分析了离子束流密度对薄膜折射率的作用;根据热尖峰理论证明了一定条件下离子束流密度不会影响薄膜晶体结构.     

由等离子体引出强流离子束的光学数值模拟

本文叙述了中性束注入器中的强流离子源引出系统离子束光学性质的数值模拟方法,并给出了典型计算结果。计算结果表明:用这种方法能反映强流离子源引出系统最本质的束光学性质,可供选取和研究强流离子束光学系统之用。     

不同磁路电子回旋共振离子源引出实验

空间推进所用的电子回旋共振离子源(ECRIS)应具有体积小、效率高的特点. 本文研究的ECRIS使用永磁体环产生磁场, 有效减小了体积, 该离子源利用微波在磁场中加热电子, 电子与中性气体发生电离碰撞产生等离子体. 磁场在微波加热电子的过程中起关键作用, 同时影响离子源内等离子体的约束和输运. 通过比较四种磁路结构离子源的离子电流引出特性来研究磁场对10 cm ECRIS性能的影响. 实验发现: 在使用氩气的条件下, 特定结构的离子源可引出160 mA的离子电流, 最高推进剂利用率达60%, 最小放电损耗为120 W·A^-1; 所有离子源均存在多个工作状态, 工作状态在微波功率、气体流量、引出电压变化时会发生突变. 离子源发生状态突变时的微波功率、气体流量的大小与离子源内磁体的位置有关. 通过比较不同离子源的引出离子束流、放电损耗、气体利用率、工作稳定性的差异, 归纳了磁场结构对此种ECRIS引出特性的影响规律, 分析了其中的机理. 实验结果表明: 保持输入微波功率、气体流量、引出电压不变时, 增大共振区的范围、减小共振区到栅极的距离, 离子源能引出更大的离子电流; 减小共振区到微波功率入口、气体入口的距离能降低维持离子源高状态所需的最小微波功率和最小气体流量, 提高气体利用率, 但会导致放电损耗增大. 研究结果有助于深化对此类离子源工作过程的认识, 为其设计和性能优化提供参考.     

Penning型负氢离子源诊断

 为了给小型医用回旋加速器提供负氢离子,研制了一台Penning型负氢离子源。采用发射光谱法对该负氢离子源进行了诊断,同时结合离子源功率变化对离子源工作状态进行了分析。实验测量了不同氢气流量、离子源弧流及磁场条件下,该离子源等离子体氢原子巴尔末系中前三条谱线的相对光强和离子源功率变化,分析了不同工作条件对离子源工作状态的影响。结果表明：在可调节范围内,该离子源的工作状态主要受氢气流量的影响,对离子源弧流及磁场的变化不敏感。     

迥旋加速器离子束的脈冲调制

使用回旋加速器离子束的脉冲调制,可以扩大加速器的物理应用范围。最早在回旋加速器上离子束的脉冲调制是采用脉冲调制D形盒电压的方法,这种调制只能用于较长的脉冲宽度、较低的重复频率。以后,采用了脉冲调制离子源电弧和调制D形盒高频电压相结合的方法,成为到目前为止回旋加速器离子束脉冲调制的常用方法。在我国1.2米回旋加速器上采用了这种方法。在靶上得到的离子束宽度可以达到～1—2微秒,重复频率～0.2—1000周。下面我们将这部分工作作一简单介绍。     

ECR源低能强流高电荷态离子束四维发射度测量仪的研制

为全面研究ECR（Electron Cyclotron Resonance）离子源引出的高电荷态离子束流品质,获取ECR离子源引出离子束流的横向四维相空间分布,提高向加速器的注入效率,中国科学院近代物理研究所研制了一台高精度Pepper Pot型发射度测量仪PEMiL（Pepper pot Emittance Meter in Lanzhou）。根据使用需求,利用KBr晶体喷涂技术取代传统的CsI闪烁体成像技术,解决了束流光斑重叠效应,获得了边界清晰的束流图像;并开发了相应的数据处理分析程序,以分析处理得到的束流横向四维相空间分布。利用PEMiL获得了75 keV,170 eμA的O5+束流横向四维发射度。分析结果表明:PEMiL测量分析后的束流发射度结果可靠性高,荧光屏电荷累积效应造成的发射度差异不超过25%,PEMiL可作为ECR离子源引出离子束流品质诊断的有效装置。     

强流高电荷态Pb离子束的产生与优化研究

随着原子物理及表面物理研究的发展,电荷态金属离子束的需求日益增多. 近来,中国科学院近代物理研究所,14.5GHz LECR3,离子源实验平台上, 以炉子法产生的铅离子束作为研究对象, 进行了一系列,ECR,离子源关键参数(如：磁场、炉子功率、掺气等)影响高电荷态铅离子束产额的实验研究, 在此基础上, 调整优化了,LECR3,离子源的状态参数, 从而获得了强流高电荷态铅离子束,18eμa ²⁰⁷Pb³⁰⁺,和6.7eμa ²⁰⁷Pb³⁷⁺.     

用于聚焦离子束系统的离子源

介绍了现阶段两种用于聚焦离子束系统的离子源——液态金属离子源和气体场发射离子源的基本原理, 并对比了它们的优缺点。由于目前这两种离子源都难以满足纳米加工领域不断提高的技术要求, 因此提出了一种用于聚焦离子束的新型离子源——电子束离子源, 并介绍了电子束离子源的基本原理, 给出了设计参数、 模拟结果（20 kV的Ar+离子束, 发射度约为5.8×10-5·mm·mrad, 束斑约为1 μm）和初步的实验结果。 There are two kinds of ion sources, Liquid Metal Ion Source and Gas Field Ion Source, used to provide ion beams for the Focus Ion Beam system. The working mechanism of the two kinds of sources is presented and their advantages and disadvantages are summarized. With the rapid development in the nano technology, the requirements are hardly met with these two kinds of ion sources. Therefore, a new kind of ion source, electron beam ion source, is developed for the Focus Ion Beam system. The basic principle of the electron beam ion source is introduced and the design parameters, the result of the simulation (20 kV Ar+, extracted emittance is 5.8×10-5π·mm·mrad, raduis of the ion beam about 1 μm.) and the primary experimental results are presented     

聚焦慢速高荷态重离子束微束斑X射线源

利用电子束离子源(EBIS)或者电子束离子陷阱(EBIT)产生的慢速高电荷态重离子束轰击金属靶面,离子束与靶面作用并复合辐射特征X射线;并将高荷态离子束采用离子光学系统会聚为微细束后再与靶面作用,能够辐射出微米甚至亚微米级、纳米级的微束斑X射线.本文介绍这一新型微束斑X射线源的结构、机理及其特性等.     

低能大束斑射频离子源

一、引言 射频离子源素有结构简单。维护运行方便,质子比高等优点;并且造价低,在大规模工业应用上与其他源型相比,具有优越的竞争能力。 目前,仅限于单孔引出,射频离子源最大引出质子流强,均在5mA以下,且没有开发这种离子源型的应用。我们研制的毫安级射频离子源,其特点是低能、大束斑。它除了应用     

Freeman离子源的特性与改进研究

此文简要叙述用于离子束材料改性装置的Ｆｒｅｅｍａｎ离子源的特性，其主要参数：灯丝电流、孤压、磁场、气流量和吸极电压与引出离子束流强的关系。对源体内部因微漏冷却水（真空度由３．９×１０－４降至４．２×１０－４Ｐａ）致使气体分子电离、起弧困难和等离子体不稳作了实验研究；对灯丝与弧室间的氮化硼绝绝物上沉积被溅射出的Ｗ、Ｍｏ原子导致绝缘下降、灯丝寿命缩短进行了部份结构改进。结果表明，提高加工工艺，确保真空系统密封性能和输入气体纯度对弧室内气体分子碰撞电离和等离子体的稳定至关重要；在ＢＮ绝缘物上放置钼制屏蔽罩有效地屏蔽掉Ｗ、ＭＯ原子沉积使灯丝寿命延长一倍，达到了４０小时。     

一个小型弧放电离子源

本文介绍的小型弧放电离子源, 运用了弧放电及电子振荡相结合的原理, 对源的一些基本参量及它们之间的变化关系进行了部分测量. 引出离子流为7mA. 它能产生多电荷离子. 它的引出结构与高频离子源通用. 此源在北京师范大学的400KeV离子注入机上得到了应用, 运行稳定.     

高电荷态ECR离子源——LECR3

研制成功了一台新的高电荷态ECR离子源,该离子源主要为原子物理实验提供各种高电荷态离子束流,是基于中国科学院近代物理研究所14.5GHz高电荷态ECR离子源设计建成的,同时在该离子源中应用多种有利于提高束流强度的技术,设计时考虑到采用双频加热,试图通过试验双频加热模式来提高高电荷态离子的产额,并设计建造了一套束流聚焦分析系统,以提高电荷态分辨率和束流传输效率.