Введение к работе
Актуальность работы. В системах с магнитным удержанием плазмы и ускорителях широко используется перезарядный метод инжекции быстрых частиц. При разработке инжекторов высокоэнерге-гических атомов с энергией более 100 кэВ на нуклон предпочтительно іспользовать обдирку ускоренных отрицательных ионов водорода, которые легко теряют "лишний" электрон при столкновениях в перезарядной мишени и имеют высокий, 0.8 - 1.0 в зависимости от типа миненії, коэффициент конверсии в атомы в широком диапазоне энергий іастиц. В последнее десятилетие интенсивность и объем исследований го источникам отрицательных ионов для перезарядной инжекции зна-гательно увеличились.
В Институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН работы по источникам юнов Н~ ведутся уже три десятилетия и были начаты в связи с раз-іаботкой Г.И. Будкером и Г.И. Димовым метода перезарядной инжек-[ии протонов в ускорители. Для перезарядной инжекции в Институте іьіли разработаны плазменные источники ионов Н~ типа Элерса с им-[ульспым током до 8 мА и перезарядные источники с током до 100 мА. )днако характеристики этих источников не позволяли в полной мере еализовать преимущества перезарядной инжекции н не обеспечили ее шрокого использования в ускорителях.
Ситуация с получением пучков отрицательных ионов (ОИ) ради-алыю улучшилась после обнаружения в начале 70-х годов в ИЯФ )0 РАН и экспериментального исследования нового, поверхностно -лазменного механизма образования отрицательных ионов в газовых азрядах.
На основе этого метода был разработан ряд поверхностно-плазменных сточников (ППИ) ионов Н~ для ускорителей.
Однако, эффективность образования ОИ поверхностно-плазменным
методом оказалась настолько высока, что способствовала началу развертывания работ над мощными источниками отрицательных ионов для инжекторов магнитных ловушек высокотемпературной плазмы во многих лабораториях мира.
Имевшийся в ИЯФ СО РАН опыт по разработке ППИ для ускорителей и импульсных сотовых источников с током ОИ свыше 10 А позволил также приступить в середине 80-х годов к работам по созданию мощных квазистационарных поверхностно - плазменных источников для целей УТС.
Основные цели работы. Целями работ, положенных в основу диссертации, являлись: дальнейшее развитие работ по созданию сотовых и других типов сильноточных квазистационарных (длительности импульса до 1 сек.) поверхностно-плазменных источников; исследование эффективности геометрической фокусировки (ГФ) ОИ в сильноточных водородно-цезиевых тлеющих разрядах поверхностно-плазменных источников.
Научная новизна и значимость работы. Разработан и экспериментально исследован квазистационарный сотовый поверхностно-плазменный источник (ППИ) с интенсивностью пучка свыше 1 А и длительностью импульса 0.2 - 0.5 сек. На нем впервые исследована геометрическая фокусировка (ГФ) отрицательных иолов (ОИ), как отраженных, так и десорбированных с широкой поверхности катодов на меньшую площадь эмиссионных отверстий.
Впервые механизм формирования пучков отрицательных ионов в поверхностно - плазменных источниках с геометрической фокусировкой был детально изучен методом компьютерного моделирования, что далс возможность правильно объяснить ряд закономерностей в формировании экспериментально наблюдаемых энергетических спектров иониыл пучков ионов Н~.
Создан квазистационарный Пеннинговский ППИ с полыми катодами, из которого при длительности импульса 1 сек и токе разряде 50 А получен пучок ионов Я" с током 0.2 А. На данном типе источни ков впервые было показано, что основным механизмом генерации отри цательных ионов водорода является отрицательная перезарядка сверх тепловых атомов ( Е ~ 1 эВ ) на цезированной анодной змиссионноі пластине.
Практическая ценность работы. Разработанные многоапертур-[ые квазистационарные сотовые источники ионов водорода, а также вазистационарные пеннинговские ППИ с преимущественно анодной ге-іерацией отрицательных ионов перспективны для применения в инжек-орах высокоэнергетичных нейтралов. Пеннипговские ППИ с полыми атодами и анодной генерацией отрицательных ионов, обеспечивающие юлучение более ярких пучков ионов Н~, перспективны для применения і ускорительной технике и технологиях электронной промышленности.
Аппробация работы. Работы, положенные в основу диссертации, складывались и обсуждались:
на Всесоюзной конференции по взаимодействию ионных пучков с гаверхностью твердого тела (Новгород, 1986);
на ежегодных Всесоюзных семинарах по физике и технике интенсив-:ых источников ионов и ионных пучков (Киев, 1987, 1988, 1989, 1991, 993);
на III и IV Европейских совещаниях по получению и использованию :егких отрицательных ионов (Амерсфорт, Голландия, 1988 и Белфаст, іеликобритания, 1991);
на V и VI Международных симпозиумах по получению и нейтрали-ации отрицательных ионов (Брукхейвен, США, 1989, 1992);
на I и II Международных конференциях по ионным источникам Беркли, США, 1989 и Пекин, Китай, 1993).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из Вве-ения, четырех глав и Заключения. Текст диссертации изложен на 85 траницах, включая 44 рисунка и 12 таблиц. Список литературы со-;ержит 65 наименований.
