基于微波驅動的高電荷態(tài)ECR（電子回旋共振）離子源是產生強流高電荷態(tài)離子束的最佳選擇。為滿足現(xiàn)代重離子加速器發(fā)展對強流高電荷態(tài)離子束的需求,離子源性能必須得到進一步提升。在ECR離子源中,微波耦合加熱效果直接影響高溫高密等離子體的狀態(tài),對其性能至關重要。本論文對強流高電荷態(tài)ECR離子源微波耦合加熱的相關機制進行了系統(tǒng)的研究,提出了提高其性能的關鍵技術與方法。在24-28 GHz ECR離子源中,微波功率耦合普遍沿用傳統(tǒng)方案,即利用直徑32 mm的過模圓波導將TE₀₁模直接耦合加熱ECR等離子體,實驗結果表明采用該傳統(tǒng)微波耦合方式的ECR離子源性能低于半經驗理論預期,尤其是高功率下的束流飽和現(xiàn)象,限制了離子源性能的進一步提升,因此需要從微波耦合加熱等離子體方面取得突破,這不僅可以提升現(xiàn)有裝置的性能,也將為下一代ECR離子源的發(fā)展提供關鍵依據(jù)。本論文從高微波功率下ECR等離子體的穩(wěn)定性和微波吸收效率特性出發(fā),首次從行波角度利用天線輻射理論研究了不同微波耦合方式下ECR離子源弧腔中的電場功率分布,這為ECR離子源中微波耦合加熱等離子體的研究提供了新的思路。在實驗上系統(tǒng)地... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

國際知名先進加速器裝置對離子源主要束流指標要求ECR離子源是一種磁約束等離子體裝置

2.1 高電荷態(tài) ECR 離子源概述ECR（電子回旋共振）離子源是用來產生高電荷態(tài)離子束的等離子體裝置[6]，因其具有能夠產生束流更強、電荷態(tài)更高的離子，且提供的束流穩(wěn)定、可重復性好，無壽命問題等優(yōu)點，被認為是目前產生直流或長脈沖強流高電荷態(tài)離子束的最有效裝置。故而，自上世紀 80 年代以來，一直被作為加速器離子注入器的首選，它在提高加速器性能方面扮演著重要的角色。自首臺第一代高電荷態(tài) ECR 離子源在 20 世紀 70 年代的 Grenoble 建成以來，隨著每一代離子源的發(fā)展，ECR 離子源在離子電荷態(tài)和束流強度方面不斷飛躍提升。1987 年，ECR 離子源發(fā)明者 Geller 先生提出了 ECR 離子源半經驗準則，即高電荷態(tài)ECR 離子源“Scalinglaw”，它預測了 ECR 離子源束流強度 與工作頻率 f 之間的關系Iq∝ f2，這個關系在后來的各離子源中得到了證實。這表示，ECR 離子源在高的工作頻率下，可以得到更高的性能，當然建造難度也隨之提高，尤其體現(xiàn)在相應約束磁體的研制上。

圖 2.3 波矢量與磁場方向夾角為 900和 00方向時不同波的矢量圖解這時式（2.3）中的正負號分別對應于尋常波和非常波。當E //0y E ， 0zE ，即波的電場方向與磁場方向相同，習慣上稱為波），見圖 2.3（a）；當E B時, / /x y xiE E k k ， 0zE ，方向與磁場方向垂直，習慣上稱為非常波（X 波），見圖 2.3（b），振波。當 0時，波沿著平行于磁場的方向傳播，即k// B ，此時式（正負號對應于右旋波和左旋波，如圖 2.3（c，d）所示。當取正號/ 1yE ，這說明電場是右旋圓偏振的，即沿著電子拉莫爾回旋運轉，稱為右旋波（R 波）。當取負號時，有 / 1x yiE E ,這說明圓偏振的，稱為左旋波（L 波）。


本文編號：2920951