Исследование спектра излучения плазмы в ВЧ эмиттере мощного атомарного инжектора

Исследование спектра излучения плазмы в ВЧ эмиттере мощного атомарного инжектора Е.С.Гришняев, И.А.Иванов, А.А.Подыминогин, С.В. Полосаткин, И.В.Шиховцев Семинар плазменных лабораторий, 18 декабря 2007 года

Примеси в пучках быстрых нейтралов Нагревные пучки могут являться основным источником примесей в плазме “Стандартное” содержание примесей в нейтральных пучках 1-2% (2XIIB, TMX, TFTR) Необходимо минимизировать поступление примесей с нейтральным пучком Инжекционная система TAE

Диагностика примесей в инжекторе нейтралов Задачи Определение потока примесей: Масс-спектроскопия Доплеровская спектроскопия водорода (H2O, CxHy) Оптическая спектроскопияпримесей в пучке SIMS - secondary ion mass spectroscopy Определение источников примесей, контроль состава: Анализ спектра излучения плазменного эмиттера Основные примеси C, O Молекулярные компоненты H2O, OH… Возможное наличие металлов, азота и т.д.

Схема измерений Стенд диагностических инжекторов к спектрометру Спектрометр (монохроматор МУМ): Спектральный диапазон 400 – 850 нм Дисперсия 3,2 нм/мм Разрешение 0,2 нм Кадр 15 нм ПЗСкамера (ИЯФ, М.Г.Федотов): 5.84 x 4.94 мм2 700x516 точек, 14 бит, 800 фотонов / бит Длительность кадра 70 мс – 10 с

Спектр свечения плазмы ВЧ-эмиттера 1000 10.05.2007 Ha Hb 0

Молекулярный спектр водорода (полоса Фалчера)

Молекулярный спектр водорода (полоса Фалчера) Пирс, Гайдон Идентификация молекулярных спектров, 1949 H2полоса Фалчера (Fulcher band)

n=3 n=2 Структура молекулярного спектра V – колебательное квантовое число J – вращательное квантовое число Свечение нейтрального пучка(спектрометр HR2000) (Trot=320К) Свечение плазмы ВЧ разряда Дивертор JT-60 (Trot=550К) Qbranch: DJ=0 Возможность идентификации линий примесей определяется фоном свечения молекулярного водорода Молекулярный спектр водорода содержит информацию о вращательной температуре нейтрального газа

Спектрразряда в гелии Гелий Ha Hb Водород

Спектрразряда в гелии Гелий Водород

Спектрразряда в гелии Гелий CaH? O I ??? O I Водород молекулярный водород

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде кислород 22.03.2007

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде кислород 22.03.2007 O I Eu=10,7 эВ Te=1эВ O I Eu=10,9эВ O I Eu=14эВ

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде кислород 22.03.2007 O I Eu=10,7 эВ Te=1эВ Te=2эВ O I Eu=10,9эВ O I Eu=14эВ

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде кислород 22.03.2007

Динамика содержания примесей O I O I 22.03.2007 18.04.2007 10.05.2007

Динамика содержания кислорода O I O I 22.03.2007 18.04.2007 10.05.2007

Динамика содержания кислорода O I O I 22.03.2007 18.04.2007 10.05.2007 07.12.2007 TAE

Динамика содержания кислорода влияние тренировки до тренировки O I Ha после тренировки Ha O I 15 мин после тренировки Ha O I Длина волны, нм Длина волны, нм Тренировка плазменного эмиттера длинными (1 с) ВЧ-разрядами приводит к уменьшению интенсивности свечения кислорода в 2 раза Эффект прогрева сохраняется в течение продолжительного времени

Динамика содержания кислорода 8.06.2007 16.04.2007 Интенсивность, о.е. 29.05.2007 21.06.2007 30.05.2007 29.06.2007 Номер выстрела

Динамика содержания кислорода влияние прогрева 29.05.2007 30.05.2007 Время, ч Время, ч Прогрев Прогрев лайнера приводит к увеличению содержания кислорода Основным источником кислорода являются элементы плазменной камеры

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде углерод 22.03.2007 O I Eu=10,7 эВ Te=1эВ O I Eu=10,9эВ O I Eu=14эВ

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде углерод 22.03.2007

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде углерод Te=1эВ С I Eu=10,4эВ С I Eu=9,2эВ

Спектральные линии примесей в ВЧ разряде углерод Te=1эВ Te=2эВ С I Eu=10,4эВ С I Eu=9,2эВ O I 777 нм Eu=10.7 эВ <sV>T=1эВ=1.7*10-14см3/с С I 833нм Eu=9.2эВ<sV> T=1эВ =1.7*10-13см3/с Оценка соотношения концентраций кислорода и углерода в разряде дает значение nc/nO~0.03

SIMS анализ содержания примесей углерод Кремниевая подложка Пучок 47.5 кэВ, 1.8 А, 20 имп. 3 мс С, без геттера O, без геттера Концентрация, 1019 см-3 С, c геттером O, c геттером Глубина, нм

Молекулярные полосы примесей Гелий CaH O I ??? O I Водород

Молекулярные полосы примесей Разряд Ne (калибровка) Интенсивность, о.е. CaH Длина волны, нм Пирс, Гайдон:"… наблюдаются в дугах с кальцием в водороде…"

Динамика содержания примесей O I O I 22.03.2007 18.04.2007 10.05.2007

Динамика CaH O I O I 22.03.2007 18.04.2007 10.05.2007

Динамика CaH 22.03.07 18.04.07 10.05.07 Длина волны, нм

Динамика CaH 22.03.07 20.06.07 18.04.07 19.11.07 10.05.07 07.12.07 TAE Длина волны, нм Длина волны, нм

Спектроскопия свечения атомарного пучка Спектрометр HR2000 сумма по 300 выстрелам Ha E/3 E/2 E/18 E

Спектроскопия свечения атомарного пучка

Спектроскопия свечения атомарного пучка Пучок TAE 23 кВ, 8 А, 15 мс Длина волны, нм Длина волны, нм Определение абсолютного значения потока примесей: Основная проблема – отсутствие данных по сечениям возбуждения ионов Напуск контролируемого количества примесей Сравнение интенсивностей доплеровски смещенных линий примесей

Спектроскопия свечения атомарного пучка Пучок TAE 23 кВ, 8 А, 15 мс Интенсивность, о.е. dJ/dV, о.е. V/Vmax Emax/E Определение абсолютного значения потока примесей: Основная проблема – отсутствие данных по сечениям возбуждения ионов Напуск контролируемого количества примесей Сравнение интенсивностей доплеровски смещенных линий примесей

Заключение Спектроскопия плазмы позволяет контролировать содержание примесей в плазменном эмиттере атомарного инжектора. Спектроскопия примесей в нейтральном пучке возможна при увеличении чувствительности системы Для определения абсолютного значения потока примесей может использоваться сравнение с измерениями интенсивностей смещенных линий водорода

Исследование спектра излучения плазмы в ВЧ эмиттере мощного атомарного инжектора

Исследование спектра излучения плазмы в ВЧ эмиттере мощного атомарного инжектора

Presentation Transcript