1 / 31

С.В. Полосаткин ТПЭ

С.В. Полосаткин ТПЭ. Системы создания плазмы. Полосаткин Сергей Викторович, тел.47- 73 пятница, 10.45 – 12. 2 0 http://www.inp.nsk.su/students/plasma/sk/tpe.ru.shtml. Системы создания плазмы. Современные плазменные установки требуют создания начальной (мишенной) плазмы

robert
Download Presentation

С.В. Полосаткин ТПЭ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. С.В. Полосаткин ТПЭ Системы создания плазмы Полосаткин Сергей Викторович, тел.47-73 пятница, 10.45 – 12.20 http://www.inp.nsk.su/students/plasma/sk/tpe.ru.shtml

  2. Системы создания плазмы Современные плазменные установки требуют создания начальной (мишенной) плазмы Поверхностная ионизация – Q машина Ионизация излучением (фотоионизация) Ионизация электронами (газовый разряд)

  3. Q - машина Термическая ионизация Формула Саха: Водород – 13,6 эВ Цезий – 3,89 эВ

  4. Q - машина Термическая ионизация Формула Саха-Ленгмюра: • – работа выхода Вольфрам f=4,5 эВ I – потенциал ионизации Водород – 13,6 эВ Цезий – 3,89 эВ T=2500 K Cs+ n~108см-3 Cs0

  5. Ионизация излучением Однофотонная ионизация hn> I ~ 13 эВ – вакуумный ультрафиолет (l ~100 нм) Многофотонная ионизация – пробой в поле излучения Требуется источник излучения с большой плотностью энергии (лазер)

  6. Ионизация электронным ударом Сечение ионизации (формула Томсона)

  7. Ионизация внешними электронами (несамоподдерживающийся разряд) Сечение ионизации молекулярного водорода Плазма Катод H2+e=H2++2e e- U H2+e=H+H++2e (база данных ALADDIN: http://www-amdis.iaea.org/ALADDIN/) Доля атомарного водорода 3-6%

  8. Ионизация внешними электронами Разряд с осциллирующими электронами При концентрации газа <1015см-3 необходимо многократное прохождение электронов через рабочий объем Ug=+200 В Катод e- Плазма Uс=0 Ионизационная лампа Байарда-Альперта

  9. Разряд с осциллирующими электронами Разряд с полым катодом Электроны осциллируют в области полого катода Ионы распыляют поверхность катода Лампа с полым катодом для спектрального анализа

  10. Разряд с осциллирующими электронами Мультипольная магнитная стенка

  11. B Разряд с осциллирующими электронами Пенинговский разряд Катод 0 В Катод 0 В Анод +500 В Магниторазрядный насос

  12. B Разряд с осциллирующими электронами Магнетронный разряд Катод 0 В Анод +1000 В Магнетрон

  13. Разряд с осциллирующими электронами Магнетронный разряд Магнетронная распылительная установка

  14. Безэлектродные разряды в ВЧ - поле Индуктивный разряд (inductively coupled plasma) Электрическое поле генерируется индукционной катушкой Характерная рабочая частота 13,56 МГц Плотность плазмы до 1015 см-3 Электронная температура 1-3 эВ ВЧ эмиттер ионного источника

  15. Безэлектродные разряды в ВЧ - поле Емкостной разряд (capacitevely coupled plasma) диэлектрик газ

  16. Безэлектродные разряды в ВЧ - поле ВЧ разряды Существуют высокоэффективные источники микроволнового излучения – магнетроны (2,45 ГГц) Резонатор Резонатор Магнетрон Магнетрон Волновод Волновод B Электронно-циклотронный резонанс 2,45 ГГц – 87 мТл

  17. Развитие разряда Таунсендовская теория пробоя катод Количество свободных носителей мало (электрическое поле не искажается пространственным зарядом) Образование вторичных электронов: - ионизация газа электронным ударом - эмиссия с катода из-за бомбардировки ионами z Таунсенд нашел явный вид предположив, что электрон ионизирует атом, если в процессе его ускорения в электрическом поле он достигает энергии, превышающей потенциал ионизации: e E z > I. Если длина свободного пробега электрона – ., то вероятность того, что он пройдет без столкновений расстояние z, равна W(z) = exp(-z/ ). На пути один сантиметр среднее число столкновений, очевидно, равно 1/ , а число пробегов длиной, большей или равной z, будет определяться выражением P(z) = (1/) · exp(-z/ ). Б.А.Князев.“Низкотемпературная плазма и газовый разряд” Новосибтрск 2003

  18. Электрический пробой в газах Длина свободного пробега обратно пропорциональна плотности газа Тогда первый коэффициент Таунсенда Распределение по длине - уравнение непрерывности рекомбинацией пренебрегаем Плотность электронов экспоненциально возрастает при их движении к аноду-ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАВИНА

  19. Электрический пробой в газах В другом виде: a - первый коэффициент Таунсенда - количество актов ионизации на единицу длины пробега Условие зажигания разряда: g - второй коэффициент Таунсенда - коэффициент вторичной эмиссии

  20. Электрический пробой в газах Кривая Пашена Напряжение пробоя Uf длина свободного пробега

  21. Электрический разряд в газах Темный разряд Тлеющий разряд дуга Vf Напряжение на промежутке Нормальный тлеющий разряд 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 100 Разрядный ток в амперах

  22. Тлеющий разряд В разрядном промежутке устанавливается самосогласованное распределение потенциала Напряжение на разряде и плотность тока разряда постоянны

  23. Дуга Разогрев поверхности катода за счет ионной бомбардировки Термоэлектронная эмиссия Образование катодных пятен

  24. Ud=α+β×l Малое приэлектродное падение потенциала α(10-40 В) Высокая плотность тока (102-103 А/см2 ) Термическая ионизация газа в межэлектродном промежутке (Т =4000-6000 К) Термоэлектронная эмиссия на катоде Катод Анод Uk Ud Ua ld Свойства дуги как разряда в газе

  25. Плазмотроны Плотность теплового потока ~

  26. Дуговые источники плазмы Дуга 1200 А, 90 В, 5 мс Дуоплазмотрон

  27. Плазменные пушки(АМБАЛ) Начальная плазма АМБАЛ 1013 см-3, 20 см, 1.5 Тл Кольцевая плазменная пушка плотность 1013 – 1015 см-3 Температура 2 – 20 эВ Радиальное электрическое поле приводит к турбулентному нагреву плазмы (неустойчивость Кельвина - Гельмгольца) Тe до 50 эВ

  28. Плазменные пушки(ГДЛ) Начальная плазма АМБАЛ 4*1013 см-3, 11 см, 0,22 Тл, пробки 15 Тл Плазменная пушка в неоднородном магнитном поле плотность 1013 – 1014 см-3 Температура 2 – 20 эВ

  29. Система создания начальной плазмы (ГОЛ-3) ЗАДАЧИ Создание начальной ионизации и организация встречного тока в 12-метровой металлической вакуумной камере Уменьшение энергетической нагрузки на электроды и приемник пучка

  30. Конструкция источника плазмы ЗАДАЧИ Создание начальной ионизации и организация встречного тока в 12-метровой металлической вакуумной камере Уменьшение энергетической нагрузки на электроды и приемник пучка • Перенос приемника пучка в область расширителя с пониженным магнитным полем • Использование электродов, расположенных вне области прохождения пучка

  31. Схема питания источника плазмы 1 2 5 кА J(z) Jtest Jout 3 • -Электроды 2,3 используются для инициирования пробоя в широком диапазоне плотности • -Приемник пучка во время инжекции находится под плавающим потенциалом • -Принудительная компенсация тока пучка обратным током по плазме

More Related