Дослідження процесів в іонно-плазмових системах при транспортуванні і нейтралізації іонних пучків малих і середніх енергій в поперечному магнітному полі. Підвищення ефективності використання систем. Розробка нових методів нейтралізації іонних пучків.
При низкой оригинальности работы "Плазмова компенсація іонних пучків в поперечному магнітному полі", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В звязку з цією проблемою особливу актуальність набувають дослідження процесів плазмової генерації заряджених частинок в іонних пучках малих і середніх енергій, коли ударна іонізація газа самим іонним пучком не є основним каналом утворення компенсуючих електронів. Крім того, більшість теоретичних і експериментальних досліджень з компенсації іонних пучків були проведені в умовах захоплення і утримання компенсуючих частинок обємним зарядом пучка у безмежному випадку або з однорідними граничними умовами у напрямку поширення пучка. Метою дисертаційної роботи є комплексні експериментальні і теоретичні дослідження процесів, що протікають в іонно-плазмових системах з нееквіпотенціальними межами при транспортуванні і нейтралізації іонних пучків малих і середніх енергій в поперечному магнітному полі, вироблення на їх основі практичних рекомендацій по підвищенню ефективності використання цих систем в технології і розробка нових методів нейтралізації іонних пучків. побудувати модель плазмової струмової і зарядової компенсації іонних пучків малих і середніх енергій в поперечному магнітному полі з урахуванням впливу взаємодії пучка з поверхнею мішені і електродами іонного джерела на формування вторинної плазми; Побудовано феноменологічну модель компенсації іонного пучка в поперечному магнітному полі в припущенні про домінуючу роль електронів із плазми додаткового газового розряду в нейтралізації іонного пучка.У вступі викладено сучасний стан експериментальних і теоретичних досліджень компенсації іонних пучків, розглянуто відомі методи нейтралізації і існуючі фізичні проблеми і обгрунтовано необхідність проведення подальших досліджень. Надаються топографія магнітного поля, стаціонарні розрядні характеристики і типові параметри іонно-плазмових потоків: прискорююча напруга , магнітне поле , тиск робочого газу , розрядний струм , струм іонного пучка , середня густина струму пучка , густина іонів , середня енергія іонів . У підрозділі 2.1 досліджується можливість обємної плазмової генерації компенсуючих електронів в просторі транспортування пучка в поперечному магнітному полі холлівського прискорювача без використання термокатода. У підрозділі 2.2 спираючись на припущення про домінуючу роль електронів із додаткового газового розряду в компенсації іонного пучка і враховуючи присутність іонного джерела і реальну обмеженість системи надається феноменологічна модель плазмової струмової компенсації іонного пучка в поперечному магнітному полі. У підрозділі 2.3 надаються короткі висновки, де говориться, що плазмова струмова автокомпесація іонного пучка при обробці діелектричних або гальванично ізольованих мішеней здійснюється потоком електронів в пучок із області додаткового газового розряду, що збуджується в схрещених полях: повздовжньому електричному полі пучка і поперечному магнітному полі холлівського прискорювача.У дисертаційній роботі отримано наступні результати: Встановлено, що при транспортуванні іонного пучка в магнітному полі холлівського прискорювача до ізольованого колектора виникає плазмова струмова автокомпенсація пучка за рахунок надходження нейтралізуючих електронів із області додаткового газового розряду, що збуджується в схрещених полях: повздовжньому електричному полі пучка і поперечному магнітному полі холлівського прискорювача. Побудовано феноменологічну модель плазмової компенсації іонного пучка в поперечному магнітному полі в системі з нееквіпотенціальними межами, що повязує потенціал іонно-пучкової плазми з параметрами іонно-плазмової системи. Експериментально встановлено, що використання локально-неоднорідного квазіповздовжнього магнітного поля в конфігурації електромагнітного вловлювача для електронів в просторі транспортування іонних пучків малих і середніх енергій дозволяє трансформувати частину енергії пучка на генерацію нейтралізуючих частинок.
План
Основний зміст
Вывод
У дисертаційній роботі отримано наступні результати: Встановлено, що при транспортуванні іонного пучка в магнітному полі холлівського прискорювача до ізольованого колектора виникає плазмова струмова автокомпенсація пучка за рахунок надходження нейтралізуючих електронів із області додаткового газового розряду, що збуджується в схрещених полях: повздовжньому електричному полі пучка і поперечному магнітному полі холлівського прискорювача.
Побудовано феноменологічну модель плазмової компенсації іонного пучка в поперечному магнітному полі в системі з нееквіпотенціальними межами, що повязує потенціал іонно-пучкової плазми з параметрами іонно-плазмової системи. Показано, що при використанні в іонному джерелі катодів з великим коефіцієнтом іон-електронної емісії, робочих газів з низьким потенціалом іонізації за умов оптимального тиску можливо забезпечити практично повну струмову компенсацію іонного пучка.
Експериментально встановлено, що використання локально-неоднорідного квазіповздовжнього магнітного поля в конфігурації електромагнітного вловлювача для електронів в просторі транспортування іонних пучків малих і середніх енергій дозволяє трансформувати частину енергії пучка на генерацію нейтралізуючих частинок.
Запропоновано новий тип газорозрядного нейтралізатора іонних пучків, в якому реалізовані фізичні принципи плазмової автокомпенсації пучка в локально-неоднорідному магнітному полі. Виділено, в залежності від схеми електричного живлення пристрою, пасивний і активний режими.
Досліджено стійкість скомпенсованого іонного пучка в поперечному магнітному полі холлівського прискорювача. Встановлено механізм динамічної зарядової декомпенсації іонного пучка, що базується на існуванні позитивного зворотнього звязку між потенціалом віртуального анода і генерацією іонів в прискорювачі. Побудовано модель формування і релаксації віртуального анода. Здобуті результати дозволяють пояснити сильну модуляцію току пучка, деформацію розрядних характеристик іонного джерела, зарядову декомпенсацію пучка і його розфокусування.
Список литературы
1. А.А. Бизюков, А.Е. Кашаба, К.Н. Середа, А.Ф. Целуйко, Н.Н. Юнаков. Автокомпенсация ионного пучка в ускорителе с анодным слоем // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т.23, № 10. - С.69-73.
3. Бизюков А.А., Бобков Вл.В., Кашаба А.Е. Зарядовая и токовая компенсация ионного пучка в ускорителе с анодным слоем // Вісник Харківського держуніверситету. Серія фізична "Ядра, частинки, поля”. - 1998. - № 421. - С.157-161.
4. A.A. Bizukov, A.Y. Kashaba. Current autocompensation of ion beam in cross magnetic field // 6th International Conference on Ion Sources (ICIS’95). Whistler, Canada. - 1995. - Book of Abstracts-P.223.
5. A.A. Bizukov, A.Y. Kashaba, K. N. Sereda. Virtual anode in Hall source of ions // 23rd IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS’96). Boston, USA. - 1996. - Book of Abstracts. - P.2HP17.
6. A.A. Bizukov, A.Y. Kashaba, V. V. Sleptsov. Current autocompensation of ion beam in the treatment process of dielectric substrates // 11th International Conference on High Power Particle Beams (BEAMS’96). Praga, Czech. Republic. - 1996. - Book of Abstracts. - P.4-29.
7. A.A. Bizukov, A.Y. Kashaba, V. V. Sleptsov. Linear source of low-energy ions for treatment of roll materials // 12th International Conference on High - Power Particle Beams (BEAMS’98). Haifa, Israel. - 1998. - Program and Abstracts. - P.381.
8. A.A. Bizyukov, A.Y. Kashaba. Gaz-discharge neutralization in ion-beam system // 7th International Conference on Ion Sources (ICIS’97). Taormina, Italy. - 1997. - Book of Abstracts. - P.48.
9. A. A. Bizioukov, A. Y. Kashaba, N. N. Yunakov. Dynamic defocusing of ion beam in Hall accelerator // 11th International Conference on High Power Particle Beams (BEAMS’96). Praga, Czech Republic. - 1996. - Abstracts. - P.4-30.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08. - фізика плазми. - Харківський державний університет Міністерства освіти України, Харків, 1999.
Дисертацію присвячено питанням транспортування і плазмової компенсації іонних пучків малих і середніх енергій в поперечному магнітному полі в іонно-плазмових системах з нееквіпотенціальними межами. Вперше виявлено, експериментально і теоретично досліджено ефект автокомпенсації іонного пучка за рахунок надходження електронів із плазми несамостійного газового розряду, що збуджується в просторі транспортування при наявності поперечного або локально-неоднорідного квазіповздовжнього магнітного поля в межах іонного пучка. Побудовано феноменологічну модель плазмової компенсації іонного пучка в поперечному магнітному полі, що повязує потенціал іонно-пучкової плазми з параметрами іонно-плазмової системи. Встановлено механізм динамічної зарядової декомпенсації іонного пучка і побудовано модель формування і релаксації віртуального анода. На основі результатів роботи запропоновано спосіб і пристрій, за допомогою яких здійснюється плазмова компенсація іонних пучків.
Kashaba A.Y. Plasma compensation of ion beams in transverse magnetic field. - Manuscript.
Thesis for a candidate degree in physical-mathematical sciences by specialty 01.04.08 - plasma physics. - Kharkov State University of Ministry of Education of Ukraine, Kharkov, 1999.
The dissertation is devoted to transportation and plasma compensation of ion beams of low and medium energies in transverse magnetic in ion-plasma systems with non-equipotential boundaries. The effect of ion beam autocompensation due to the electrons from the plasma of semi-self-maintained gas discharge which is excited in the transportation space with the presence of transverse or locally non-uniform quasi-longitudinal magnetic field within the boundaries of ion beam is found out, experimentally and theoretically investigated. The phenomenological model of plasma compensation of ion beam in transverse magnetic field that establishes relation between ion-beam plasma potential and parameters of ion-plasma system. The mechanism of dynamic charge decompensation of ion beam is established and the model of virtual anode formation and relaxation is proposed. The method and device for plasma compensation of ion beams is suggested using the results of the work.
Key words: plasma compensation, ion-plasma system, ion beam, gas discharge, dynamic charge decompensation, virtual anode.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.08. - физика плазмы. - Харьковский государственный университет Министерства образования Украины, Харьков, 1999.
Диссертация посвящена вопросам транспортировки и плазменной компенсации ионных пучков малых и средних энергий в поперечном магнитном поле в ионно-плазменных системах с неэквипотенциальными границами.
Исследованы процессы и механизмы генерации заряженных частиц в пространстве транспортировки при прохождении ионным пучком области с поперечным и локально-неоднородным квазипродольным магнитным полем в конфигурации электромагнитной ловушки для электронов, формируемым на периферии пучка. Впервые обнаружено, что в области существования магнитного поля при транспортировке ионного пучка к диэлектрической или гальванически изолированной мишени происходит возбуждение несамостоятельного газового разряда под влиянием высокого потенциала декомпенсированного ионного пучка. Экспериментально доказано, что поток электронов из плазмы этого газового разряда обеспечивает токовую компенсацию ионного пучка, величина которой существенно зависит от давления рабочего газа и напряженности магнитного поля. Это связано с переходом разряда из высоковольтного слаботочного режима в сильноточный магнетронный, при котором достигается практически полная компенсация ионного пучка.
Построена феноменологическая модель плазменной компенсации ионного пучка в поперечном магнитном поле, связывающая потенциал ионно-пучковой плазмы с параметрами ионно-плазменной системы. Теоретически и экспериментально показано, что при использовании в ионном источнике катодов с большим коэффициентом ион-электронной эмиссии, рабочих газов с низким потенциалом ионизации при оптимальном давлении возможно обеспечить практически полную токовую компенсацию ионного пучка.
Проведены исследования устойчивости скомпенсированного ионного пучка в поперечном магнитном поле холловского ускорителя. Установлен механизм динамической зарядовой декомпенсации ионного пучка, основанный на существовании положительной обратной связи между потенциалом виртуального анода и генерацией ионов в холловском ускорителе. Предложена модель формирования и релаксации виртуального анода, в которой учитывается эффект запаздывания в поступлении частиц, отраженных от области локализации виртуального анода.
На основе результатов работы предложен способ и устройство, с помощью которого осуществляется плазменная компенсация ионных пучков без использования систем на основе термоэмиссионных и полых катодов. Указанные способ и устройство могут быть положены в основу новых технологических приемов в процессах ионно-лучевого и ионно-химического травления и нанесения диэлектрических покрытий и материалов.
