ECR等离子体的磁电加热研究

在ECR等离子体装置上进行了磁电加热研究,利用离子灵敏探针(ISP)测量了磁电加热前后离子温度的变化,研究了电极环偏压、磁场强度、气压等参数对磁电加热过程以及加热效率的影响.结果表明:等离子体的整体加热是通过离子在电极环鞘层中的磁电加热及被加热的离子沿径向的输运来完成的.轴心处离子温度随电极环偏压的升高呈非线性增加.磁电加热效率随偏压的增大而增大,在电极环偏压为1000 V时,磁电加热效率为2%-2.5%,ECR等离子体中的离子温度能够提高20 eV以上.磁场强度在磁电加热过程中对离子的限制和加热起到重要作用,当磁场强度在6.3×10^-2-8.7×10^-2T之间变化时,磁电加热的效率随磁场强度的增大而增大.气压在0.02-0.8 Pa范围内,磁电加热的效率随气压的减小而增大. 关键词： ECR等离子体 磁电加热 离子温度     

离子回旋共振加热的离子加热

本文在直住几何位形下用线性化动力论得到了离子能量吸收及吸收特征长度的解析表示式，离子能量吸收的主要物理机制是回旋阻尼，波与离子的共振吸收条件是ω－ｌωｃｉ＝ｋⅡνⅡ，其中ω和ωｃｉ分别是波的频率和离子回旋频率，ｋⅡ和ｖⅡ是平行于主磁场方向的波矢和离子速度的分量，ｌ为整数。在等离子体参量慢变化的假定下，也得到了能量吸收半宽度的表示式。结合托卡马克的各种具体情况分别讨论了各种离子回旋共振加热模式的...     

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在非对称磁镜场微波ECR等离子体中引入了磁电加热系统,研究了电极环大小、轴向位置以及双环加热对离子温度的影响.结果表明,大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度,且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径.电极环轴向位置的选择主要与磁镜场位形有关,将电极环置于磁镜场中部的弱磁场位置时最有利于离子温度的提高.采用双电极环加热能进一步提高离子温度,并且其加热效果是单环加热的两倍.     

热离子、超热离子和离子加热

通过区分热离子和超热离子,讨论了ＨＬ－１Ｍ等离子体中性粒子束加热的」初步实验结果,分析表明,虽然电子对离子的磁撞加热机制仍然占主导地位,但中性粒子束也加热了离子。     

离子回旋共振加热的电子加热

理论分析和实验结果都证明在离子回旋共振加热情况下,电子能直接从波吸收能量,其能量吸收机制是郎道阻尼和飞行时间磁泵阻尼。本文从线性化波的一般理论,导出了电子吸收功率和吸收特征长度的解析表示式,与其他结果进行了比较并做了简短的讨论。     

HL—1M装置等离子体离子温度测量

在ＨＬ－１Ｍ托卡马克装置上，利用８通道中性粒子能谱仪测量的等离子体离子温度。在等离子体电流和密变化、激光吹气、弹丸注入，超声分子束注入和低混杂波加热等实验条件下，观测了Ｔｉ的变化。     

圆柱模型下电子回旋共振微波等离子体离子输运过程的数值研究

在圆柱模型下，采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法模拟了电子回旋共振（ＥＣＲ）微波等离子体源中离子离开放电室后历经中性区、鞘层区以及工件表面二次电子发射形成的虚拟阴极“屏蔽区”，最后被加负偏压的工件表面吸收的全过程．研究了鞘层边界处的衔接问题，得到了光滑自洽的电势分布曲线及工件表面离子的能量分布和角分布，同时讨论了磁场、气压以及二次电子发射对鞘势的影响． 关键词：     

ECR微波等离子体源离子输运的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法，模拟了ＥＣＲ微波等离子体源中离子离开放电室后历经中性区，鞘层区，最后被加负偏压的工件表面吸收的全过程。研究了鞘层外界处的衔接问题，得到了自洽电势分布和鞘层区不同位置处的速度分布，能量分布与角分布。同时，讨论了磁场对鞘势的影响。     

离子灵敏探针及其在磁镜装置中的应用

使用离子灵敏探针(ISP)对MM-2U简单磁镜装置中等离子体的离子温度和电子温度进行了测量。描述了这种静电离子探针的工作原理及主要的设计参数。对从探针特性曲线得到的离子温度及密度也予以讨论。     

ECR微波等离子体离子输运的数值模拟

建立了ECR微波等离子体源离子输运的平板和圆柱模型,对离子历经的空间区域的输运过程进行了数值研究。采用Monte Carlo(M-C)方法模拟了存在外磁场情况下,离子离开开放电室后历经中性区、鞘层区、最后被加负偏压的工作表面吸收的全过程,考虑了离子与中性粒子的电荷交换碰撞玫弱性散性,统一处理了中性区和鞘层区电势的衔接,采用曲线拟合,电势自洽迭代方法把中性区和鞘层区衔接起来,得到了光滑自治的电势分布曲线和鞘层区不同位置处的速度分布、能量分布及角分布。     

微波技术对ECR离子源性能的影响

The coupling between microwave generators and ECR ion sources(ECRIS)is a key point for the design of the new generation ECRIS as well as for the optimization of the existing ones.The electromagnetic characterization of the plasma chamber where the ionization phenomena take place is a fundamental starting point to understand and model such process.In such effort the complex structures of the injection and extraction flanges together with the large dimensions of the chamber and the high frequencies that are typically used make impossible an analytical solution and also create great difficulties in the modelling even with state-of- art electromagnetic simulators(CST,HFSS),In the following paper the results of some numerical calculations for the optimum plasma chamber excitation will be presented along with the experimental measurements carried out with the SERSE ion source at INFN-LNS.A campaign of measurements is also planned to further investigate the microwave coupling and the mode excitation,which determines the efficiency of the ECR plasma heating.     

宽带微波馈入对于具有常规磁场构型的ECR离子源性能的提高

As clearly demonstrated at several laboratories,the performances of electron-cyclotron resonance (ECR)ion sources can be enhanced by increasing the physical sizes(volumes)of embedded ECR zones.En- larged ECR zones have been achieved by engineering the central magnetic field region of these sources so they are uniformly-distributed"volumes"in resonance with single-frequency rf power.Alternatively,the number of ECR surfaces in conventional minimum-B geometry sources can be increased by heating their plasmas with multiple,discrete frequency microwave radiation.Broadband rf power offers a simple,low cost and arguably more effective means for increasing the physical sizes of the ECR zones within the latter source type.In this article,theoretical arguments are made in support of the volume effect and the charge-state enhancing ef- fects of broadband microwave radiation(bandwidth:200MHz)plasma heating are demonstrated by comparing the high-charge-states of Ar ion beams,produced by powering a conventional minimum-B geometry,6.4GHz ECR ion source,equipped with a biased disk,with those produced by conventional bandwidth(bandwidth:～1.5MHz)radiation.     

ECR离子源束流发射度的实验研究

利用最新自行研制的电扫描发射度探测系统, 在ECR离子源上进行了一系列关于ECR离子源引出束流发射度的研究. 这套电扫描发射度探测系统安装在中国科学院近代物理研究所(兰州)的LECR3试验平台的束运线上. 试验中, 通过测量相关参数, 研究了磁场、微波、掺气效应及负偏压效应等对引出束流发射度的影响. 利用实验所得的结果与关于ECR等离子体和离子源束流发射度的半经验理论, 分析推导了离子源各可调参数与ECR等离子体的直接关系, 这为分析探索ECR离子源的工作机制提供了一定的参考依据.     

掺气效应：离子冷却或湍流加热效应的减弱的讨论

The question posed in the title concerns the explanation of a well-practised technique in ECR ion sources for increasing the output of the highest charge states of the ions of interest.For a long time the most accepted model was that of ion cooling,being a‘single-particle’effect.Two recent papers,likely inspired on earlier work,are proposing a‘collective’effect due to non-linear plasma-wave interaction,giving rise to turbulent heating.The mixing gas will in that picture reduce the heating.A few experiments are suggested to help unravel the problem of stating which effect is dominating.     

多铁性磁电器件研究进展

多铁性材料可以实现力、电、磁等多物理场之间的相互耦合,在小尺寸、快速响应和低功耗的磁电器件领域具有重要的应用前景.在应用需求的推动下,以具有磁电耦合效应的多铁性材料为基础的磁电器件在设计、微纳加工和性能优化等方面的研究取得了持续的进展.本文简要介绍了基于磁电耦合效应的几种原型器件的最新进展,包括可调谐电感、滤波器、磁电存储器、能量回收器、磁电传感器和磁电天线等,分析总结了各种磁电器件的工作原理及其性能表现,讨论了当前多铁性磁电器件研究所面临的问题和挑战,并提出了改进磁电器件性能的研究方向.     

基于能量转换原理的磁电层合材料低频磁电响应分析

提出了一种基于能量转换原理的磁致伸缩/压电层合材料低频磁电响应模型,并对不同层合结构的磁电响应特性进行了对比研究.该模型假定层合材料层间能量传递通过层间剪切力来实现,利用应力函数法分析了磁致伸缩层和压电层的应力与应变,求出了磁致伸缩层的应变能和存储磁场能以及压电层的应变能和电场能;利用Hamilton最小能量原理求出了层间剪切力的大小,获得了开路状态下层合材料的低频磁电响应模型.发现磁电电压系数与磁致伸缩材料的磁导率、泊松比、磁机耦合系数以及压电材料的泊松比、机电耦合系数等有关,并对这些参数的影响进行了分析.同时对两层和三层结构的层合材料磁电特性进行了对比研究,发现层合结构不同则获得的磁电系数公式不同,用相应的公式计算得到的误差才会最小.研究结果表明,本文的理论误差小于6.5%,与其他方法相比,本文的理论模型能更好地描述磁电层合材料的低频磁电响应特性.     

高电荷态金属离子的产生实验研究

 为满足兰州重离子加速器的实验要求，在14.5GHz高电荷态ECR离子源上做了一系列产生金属离子的实验，尝试了多种方法，包括炉子加热及MIVOC（Metallic Ion form Volatile Compounds）两种方法，其中，用炉子做的结果较理想。实验主要研究了铜、锌、镍多种电荷态离子的产生，具有代表性的是39euA的¹³⁺，30euA的Zn¹³⁺和29euA的Ni¹⁰⁺。分别给出了这三种金属离子产生的多电荷态束流峰谱图，以及实验的一些其它现象及结果，并对其进行了讨论与总结。     

高磁导率材料FeCuNbSiB对超磁致伸缩/压电层合材料磁电性能的影响

采用超磁致伸缩材料TbxDy_1-xFe₂(x≈0.3)(Terfenol-D)、压电材料PbZrxTi_1-xO₃(PZT)和高磁导率材料FeCuNbSiB构造了新型的层合结构.由于引入高磁导率材料FeCuNbSiB改变了Terfenol-D的内部磁场分布,并且在磁场作用下,FeCuNbSiB发生形变对Terfenol-D产生应力,增大了Terfeno 关键词： 磁电效应 磁致伸缩材料 压电材料 高磁导率材料