Особенности многократной ионизации в относительно редкой плазме
Пер- вое, с чем здесь приходится сталкиваться — это большие потенциалы ионизации Iz^z+\ ~ Z2. На рисунке 10.6.1 представлены значения потенциалов ионизации для всех степеней ионизации всех элементов. Здесь каждая изломанная линия соответ- ствует определенной степени ионизации, указанной на левом конце линии. 10 20 30 70 80 90 100 40 50 60 Атомный номер Z Рис. 10.6.1. Потенциалы ионизации многозарядных ионов всех элементов [46] 18 А. И. Морозов 546 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий Как видно, потенциал фиксированной степени ионизации Iz убывает, с ростом Z^ — номера элемента в таблице Менделеева. Однако величина Iz^z+\ быстро растёт с увеличением Z при Z\i = const. Так, для получения урана U+92 необходима энергия ?i ~ /gi-92 ~200кэВ. Но этим трудности не ограничиваются. Сечение ионизации с ростом Z убывают (Ti ~ Z~\ а, соответственно, скорость ионизации Z -з 1/2 1/2 так как ve ~ ее' ~ lz'^z^x. Далее, генерация ионов с Z > 1 в основном идет путем последовательной ионизации. Поэтому время, необходимое для достижения нужной степени Z, определяется очевидным выражением 1 nerz = A0.6.1) Соотношение A0.6.1) аналогично критерию Лоусона. Величина А — минимальная для данных Z^, Z, ее. Реальное требование к источнику должно быть записано в виде nerz > A. Учитывая, что а ~ Z~4 нетрудно убедиться, что А — большая величина, если Z > 1. Об этом говорят кривые (Z, г) для урана (рис. 10.6.2). Они, правда, определены не для пте, а для А\ = — jeTz, т- е. А\ = eveA. Целесообразность перехо- да на плотность электронного потока связана со спецификой ионного источника ИИЭП, о которой будет сказано ниже. Как видно на рис. 10.6.2, кривые A\(Z, ee), как и кривые Лоусона, также имеют минимум A*(Z, se)m-in для каждого Z. Видно, что для достижения нужной кратности за- ряда Z, ионы должны достаточно долго находить- ся в источнике. Об этом же говорят и графики рис. 10.6.3. Таким образом, источники многоза- рядных ионов должны быть сравнительно хоро- шими ловушками. Здесь на рисунке 10.6.4 демон- стрируются в координатах (пет^-?е), достигнутые к настоящему времени характеристики разных ти- пов источников. Ниже мы рассмотрим подробнее схемы трех типов. Одна из них — схема источника с осцилли- рующими электронами, имеет своим прототипом "ячейку" Пеннинга, которая была создана в 1930- х годах для ионизационных манометров. В даль- нейшем, претерпев ряд существенных изменений, эти ячейки превратились в весьма популярные источники ионов для самых различных целей. Источники этого типа получили собирательное название PIG-источники (PIG — Penning Jonization Giange). Эта схема источников оказалась удобной, в частности, и для получения ионов с Z ^ 10—15. 1 Л25 10 ю24 ю23 1022 1021 ю20 1019 1 /\18 10 5 ю17 Щ1б j%i, К Л/СМ2 \ *" V у / у/ 92+ У УУ '% У / у / 80+ '7Л+ 60 40+ 30+ ^20+ 10+ ю-1 1 ю ю2 ю3 ю4 Е, кэВ Рис. 10.6.2. Зависимость jn от энергии электронов при разных степенях ионизации [46] 10.6. От генераторов многозарядных ионов к острову стабильности 547 10^ 10^ 10^ 10^ 10^ 10^* 10^ 10^ 10^ j%i, Клгсм Рис. 10.6.3. Зависимость jn от энергии электронов для 5 элементов: Ne, Аг, Кг, Хе, U [46] 6 5 РР ¦-PI-J" ИИЭЦР1 1 : (холодный --:— ----- * : катод), PIG (горячий ¦ Дуоплазматрон ¦ ] ] ] ииэп,— ,«.--- ---------- ¦ Лазер ] ] i i Г" j \ Токамак i i i 90Н "ff В ь —DT— ?рмояд. еактор_ i 2| 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 lgwxi {п%ь см-3-с) Рис. 10.6.4. Возможности разных ионных источников в координатах (пгг-ее). ЭЦР-источник на электронном циклотронном резонансе [46] Второй интересующий нас тип источников многозарядных ионов, это так назы- ваемый ИИЭП — ионный источник с электронным пучком, созданный Е. Д. Донцом в 1967 г. Наконец, третий тип источников многозарядных ионов был разработан под влия- нием исследований магнитных ловушек для УТС, в которых "сами собой" получались хорошо "ободранные" ионы тяжёлых примесей. И это естественно, поскольку в таких ловушках достигаются большие Те и большие времена удержания.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Особенности многократной ионизации в относительно редкой плазме» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
