發(fā)布時(shí)間：2020-07-24 20:52

【摘要】：電子回旋共振離子源(Electron Cyclotron Resonance Ion Source)是上世紀(jì)六十年代末出現(xiàn)的一種新型正離子束流發(fā)生裝置,它具有離子種類多,品質(zhì)好,源體壽命長(zhǎng),長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是目前產(chǎn)生強(qiáng)流高電荷態(tài)離子束最有效的裝置之一。但由于高頻微波技術(shù)與超導(dǎo)技術(shù)的限制,其發(fā)展已走入瓶頸,為此,需要開(kāi)發(fā)其他手段來(lái)增強(qiáng)離子源性能。本文研究了使用電子槍向ECR離子源弧腔中注入外電子的技術(shù)。首先使用模擬軟件CST計(jì)算了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——蒸發(fā)冷卻離子源(LECR4)的磁場(chǎng)分布,初步估計(jì)注入的電子在弧腔中的運(yùn)動(dòng)情況,在評(píng)估了對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響的電子束參數(shù)后,設(shè)計(jì)出了滿足實(shí)驗(yàn)與工程要求的電子槍結(jié)構(gòu);通過(guò)對(duì)電子槍在不同位置發(fā)射情況的大量模擬,發(fā)現(xiàn)了保證陰極壽命與保證注入效果不能同時(shí)滿足的矛盾,為保護(hù)陰極而選擇了安全的安裝位置。并模擬了此位置發(fā)射后電子在弧腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。為了使電子槍能與LECR4更好地配合,本文中在LECR4原有的注入組件基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改,巧妙地同時(shí)解決了電子槍的固定與電位問(wèn)題。在LECR4平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),本文選擇磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電子的能量這兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)作為控制的變量,設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在低微波功率、低電流發(fā)射的條件下進(jìn)行。最終發(fā)現(xiàn)在一定軸向磁鏡場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下,當(dāng)注入電子束能量超過(guò)1800e V時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種引出的離子束流的脈沖與直流狀態(tài)交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。在這個(gè)現(xiàn)象中,脈沖與直流的流強(qiáng)均比沒(méi)有注入電子時(shí)的流強(qiáng)要高,束流的電荷態(tài)向高電荷態(tài)方向移動(dòng),而且可以通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件來(lái)人為產(chǎn)生與消除這種現(xiàn)象。本文最后對(duì)于這種電子并未通過(guò)共振面,卻能起到提高電荷態(tài)與流強(qiáng)的作用進(jìn)行了分析與討論,并認(rèn)為該現(xiàn)象在改善直流束與脈沖束性能的方面有都著積極的意義,并反思了實(shí)驗(yàn)的不足,提出了下一步的工作要點(diǎn),以期獲得更好的研究結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL503.3

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本文編號(hào)：2769379