Helicon等离子体源的研制

本论文设计建造了全新的Helicon等离子体源，用于近代物理所加速器强流束等离子体中和和聚焦研究。等离子密度峰值可达到3.9×1013cm－3。采用朗谬尔四探针诊断方法系统研究了该等离子体源的特性。在等离子体源基础上，将扩散区代之以引出系统和束流测量系统，建成了Helicon离子源。 Helicon源的特点是等离子体密度高，均匀性好，在离子源技术，等离子体物理研究，材料加工以及航空推进等方面有着广泛的应用。但是国内在Helicon源的研究方面尚处于空白，国际上对其基本原理和工作机制至今还不太清楚，一台新Helicon离子源从设计建造到实验调试，都处于半经验状态，没有完整的理论可循。本论文设计建造的Helicon等离子体源是在低射频功率、低磁感应强度下产生高密度的等离子体。通过对放电管、天线、射频源、和高频耦合电路等各参数的反复调节和优化，在以氩气为中性气体、1200W射频功率和200Gs磁感应强度下，获得等离子体密度峰值达到3.9×1013cm－3。并对等离子体特性随各参数的变化关系进行了系统的实验研究，研究结果表明：（1）等离子体密度随射频源功率增加而增大并渐趋饱和，在300-600W时出现跳跃，说明离子源由放电模式转变为Helicon模式；（2）随磁感应强度增加，等离子体密度出现极值，需要寻求二者的最佳匹配；（3）当中性气体为氩气时，等离子体密度最大；（4）等离子体中心密度最高，沿轴向衰减较快，但径向分布均匀，实验验证了Helicon源离子均匀分布的特性，初步估计该等离子体横向能量较大，但还需要进一步研究。本文在Helicon等离子体源的基础上，去掉扩散区加上引出系统和束流测量系统，设计建造了一台Helicon离子源。进行了初步的束流引出实验，在输入功率为200W时，获得引出束流1mA。发现并解决了额外功率在等离子体电极上的损耗、溅射等问题，在以后的工作中将通过模拟计算对引出系统进行进一步优化，以取得较好的引出束流结果