高电荷态ECR离子源游离机制及激光应用研究

本文论述了高电荷态ECR离子源的最新进展和原理；介绍了10GHz ECR2高电荷态离子源的设计特点和调试结果。在此离子源上发现了ECR离子源的新工作模式和新约束场形，新工作模式不同于传统工作模式的地方是在ECR离子源引出端注入低能电子；推动等离子体电极到更靠近高电荷态离子的约束区域；移动等磁压面使ECR等离子体向引出区域移动。新工作模式使ECR离子束流强度大为提高，得到Ar8+离子430μA、Ar9+离子320μA、O6+离子450μA；微波利用系数增加；工作气体气耗量减少。本文对新工作模式原理进行了详细的分析和讨论，得出高电荷态ECR离子源的一个重要结论，即引出端低能电子的注入比在注入端注入更有效。 本文还进行了将连续激光蒸发技术应用到ECR离子源中的研究。在10GHz ECR2离子源中使用50W连续CO2激光蒸发金属铝，得到Al6+离子约50μA。在此基础上根据ECR离子源新工作模式原理，提出了在ECR离子源引出端使用热阴极电子枪的设想，并阐述了其工作原理和设计。在激光离子源实验中发现强激光产生的等离子体具有独特的性质，如方向性、脉冲性和漂移性。在实验中使用磁场约束激光等离子体而使离子总束流提高了5倍，并首次使用了高频再游离措施，发现效果很明显，使得离子总束流提高了3倍。由此可见，可以利用脉冲激光产生等离子体的一些特殊性质来研究和改善ECR离子源的一些基本性质。 此外，在本论文中还介绍了2.45GHz ECR离子源实验台的设计和初步调试。