利用额外电子注入ECR离子源产生高荷电离子研究

发布时间：2020-07-24 20:52

【摘要】：电子回旋共振离子源(Electron Cyclotron Resonance Ion Source)是上世纪六十年代末出现的一种新型正离子束流发生装置,它具有离子种类多,品质好,源体寿命长,长期稳定性和重复性高等优点,被认为是目前产生强流高电荷态离子束最有效的装置之一。但由于高频微波技术与超导技术的限制,其发展已走入瓶颈,为此,需要开发其他手段来增强离子源性能。本文研究了使用电子枪向ECR离子源弧腔中注入外电子的技术。首先使用模拟软件CST计算了实验平台——蒸发冷却离子源(LECR4)的磁场分布,初步估计注入的电子在弧腔中的运动情况,在评估了对实验有影响的电子束参数后,设计出了满足实验与工程要求的电子枪结构;通过对电子枪在不同位置发射情况的大量模拟,发现了保证阴极寿命与保证注入效果不能同时满足的矛盾,为保护阴极而选择了安全的安装位置。并模拟了此位置发射后电子在弧腔内的运动轨迹。为了使电子枪能与LECR4更好地配合,本文中在LECR4原有的注入组件基础上进行了修改,巧妙地同时解决了电子枪的固定与电位问题。在LECR4平台上进行实验时,本文选择磁场的磁感应强度与电子的能量这两个关键的参数作为控制的变量,设计了两组实验。实验在低微波功率、低电流发射的条件下进行。最终发现在一定轴向磁镜场的磁感应强度条件下,当注入电子束能量超过1800e V时,会产生一种引出的离子束流的脉冲与直流状态交替出现的现象。在这个现象中,脉冲与直流的流强均比没有注入电子时的流强要高,束流的电荷态向高电荷态方向移动,而且可以通过控制实验条件来人为产生与消除这种现象。本文最后对于这种电子并未通过共振面,却能起到提高电荷态与流强的作用进行了分析与讨论,并认为该现象在改善直流束与脉冲束性能的方面有都着积极的意义,并反思了实验的不足,提出了下一步的工作要点,以期获得更好的研究结果。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(近代物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL503.3

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本文编号：2769379