脈沖真空弧離子源等離子體參數(shù)診斷研究.pdf

1、真空弧離子源是一種用于產(chǎn)生金屬離子束或者金屬氣體混合離子束的離子源，它具緊湊的結(jié)構(gòu)，并且能在較低工作壓強(qiáng)下產(chǎn)生較強(qiáng)離子束流。這種源主要應(yīng)用于材料表面改性的離子注入和用作粒子加速器的離子束注入器等方面。這種離子源最早出現(xiàn)在上世紀(jì)40年代，經(jīng)過研究者們的不懈努力，真空弧放電理論以及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)診斷都有了許多的成果。為了獲得更優(yōu)質(zhì)的離子源，研究人員對(duì)真空弧放電產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行了大量的診斷研究?？v觀這些診斷工作，大部分都是針對(duì)百微秒或者毫秒量級(jí)放

2、電脈寬的真空弧離子源，而鮮有對(duì)于微秒量級(jí)放電的真空弧離子源開展研究。
　　本文對(duì)自行研制的微秒量級(jí)放電脈寬的真空弧離子源產(chǎn)生的等離子體開展了診斷研究。根據(jù)等離子體所處離子源的位置的不同，采用了三種方法來研究等離子體的電子密度與電子溫度等參數(shù)。離子源陰極采用鈦電極，陽(yáng)極為不銹鋼，放電脈寬為5μs左右。
　　采用了靜電探針法研究位于擴(kuò)張杯內(nèi)的等離子體參數(shù)。根據(jù)單探針診斷原理，利用了一個(gè)大面積偏壓平板作為探針，測(cè)得了離子源產(chǎn)生的離

3、子束強(qiáng)度、弧壓隨弧流的變化關(guān)系;使用小型單探針工作于飽和離子流區(qū)，測(cè)得了擴(kuò)張杯內(nèi)等離子體的空間分布;根據(jù)雙探針診斷原理，測(cè)得了擴(kuò)張杯內(nèi)等離子體的電子溫度與電子密度參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:離子流與弧壓均隨弧流的增長(zhǎng)而增大;等離子體沿離子源軸向方向隨擴(kuò)散距離增加而不斷衰減，沿徑向方向的空間分布并非均勻;在弧流80-120A范圍內(nèi)，電子溫度為3-5.5eV左右，電子密度為5.5×1012-9.5×1012 cm-3，均有隨弧流增大的趨勢(shì)。

4、　　采用了發(fā)射光譜法研究位于陰陽(yáng)極之間的等離子體參數(shù)。建立了發(fā)射光譜技術(shù)診斷平臺(tái)，測(cè)量了離子源工作在60-100A弧流的等離子體發(fā)射光譜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該區(qū)域等離子體偏離熱平衡，測(cè)得電子激發(fā)溫度約為0.5eV，電子密度量級(jí)為1015 cm-3，均隨弧流增長(zhǎng)而有增大的趨勢(shì)。
　　采用了凍結(jié)模型計(jì)算了位于凍結(jié)區(qū)的等離子體的電子溫度與電子密度。由于缺乏對(duì)離子源的質(zhì)譜診斷數(shù)據(jù)，參考了I.G.Brown與A.Anders等人的鈦陰極真空弧放