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射频离子源束流特性分析

核聚变与等离子体物理 2018年第2期38卷 152-157页

作者：赵淼雷光玖李明谢炜民张贤明核工业西南物理研究院成都610041

介绍了为HL-2A装置设计的引出束功率为1MW的射频离子源研制情况。目前,在测试平台上,该离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35ke V和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms的氢离子束,达到了其设计束功率的44%。用红外热成像的方法... 详细信息

介绍了为HL-2A装置设计的引出束功率为1MW的射频离子源研制情况。目前,在测试平台上,该离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35ke V和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms的氢离子束,达到了其设计束功率的44%。用红外热成像的方法测量了离子束能量密度分布。结果表明,在距离引出系统地电极1.3m处,束密度分布遵循高斯分布。引出束的最佳导流系数为1.689×10–6A?V-3/2左右,随射频功率改变有较小的变化。根据这些实验结果,采取了相关改进措施来改善离子源的引出束性能。

关键词：射频离子源中性束束流特性

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射频离子源离子束成分光谱测量

核聚变与等离子体物理 2018年第2期38卷 158-162页

作者：谢炜民李明赵淼核工业西南物理研究院成都610041

为HL-2A装置中性束注入器研制了引出束功率为1MW的射频离子源。在测试平台上,实验离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35ke V和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms的氢离子束,达到了设计束功率要求的44%。在射频离子源实验平台上... 详细信息

为HL-2A装置中性束注入器研制了引出束功率为1MW的射频离子源。在测试平台上,实验离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35ke V和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms的氢离子束,达到了设计束功率要求的44%。在射频离子源实验平台上,利用多普勒频移光谱方法测量了离子源引出束流成分比例,对比了束流成分和射频离子源引出束流之间的关系。实验数据分析表明,在10A引出束流的情况下,离子流成分H+1、H+2和H+3分别为75%、18%和7%。并且当引出束流从3.3A升至10.4A时,H+1从37%升至78%,而H+3则从19%降至9%。

关键词：射频离子源中性束注入离子源束成分多普勒频移

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基于CSS的NBI射频离子源控制程序设计

核技术 2017年第11期40卷 39-44页

作者：胡纯栋陈光亚谢亚红蒋才超崔庆龙骆翠萍赵远哲中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

离子源是中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)的关键子系统之一,根据射频离子源的实验和运行需求,本文设计了一套基于物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)架构的控制程序,实现对射... 详细信息

离子源是中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)的关键子系统之一,根据射频离子源的实验和运行需求,本文设计了一套基于物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)架构的控制程序,实现对射频离子源实验和调试过程的远程监控功能。NBI射频离子源控制程序通过集成开发平台(Control System Studio,CSS)的交互界面开发模块(Best OPI Yet,BOY)实现友好的人机交互界面,使用Jython实现界面逻辑,支持服务器/客户端和EPICS两种通信架构。程序已经上线近半年,实验表明,射频离子源控制程序具备了放电模式设置、时序幅值设置、设备状态实时监控、采集数据实时波形显示等功能,满足了射频离子源实验的远程控制和数据可视化的需求。

关键词：射频离子源控制程序物理实验与工业控制系统集成开发平台

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大面积NBI射频离子源电气参数设计分析

核聚变与等离子体物理 2016年第3期36卷 243-246页

作者：陈俞钱谢亚红胡纯栋蒋才超崔庆龙中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

为探究射频离子源驱动器线圈电气参数对射频放电的影响,主要进行了射频离子源等离子体激发的物理分析,并计算了射频电源的频率选择与线圈放电电流、线圈匝间电压以及放电气压之间的关系,设计了射频离子源驱动器的主要参数。研制的射频... 详细信息

为探究射频离子源驱动器线圈电气参数对射频放电的影响,主要进行了射频离子源等离子体激发的物理分析,并计算了射频电源的频率选择与线圈放电电流、线圈匝间电压以及放电气压之间的关系,设计了射频离子源驱动器的主要参数。研制的射频离子源驱动器装置,成功获得氢等离子体射频放电。实验结果和理论计算结果符合很好。

关键词：射频离子源 EAST NBI射频驱动器

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射频离子源研制及引出系统数值模拟

射频离子源研制及引出系统数值模拟

作者：马利民东北大学

学位级别：硕士

随着光学工业和半导体工业的发展，越来越多的镀膜设备配置了宽束离子源，至今宽束离子源用于固体表面注入、微细加工、材料的表面改性、镀膜机辅助镀膜等众多工艺中，已成为现代工业发展的热点。现在的宽束离子源包括考夫曼源、霍尔源... 详细信息

随着光学工业和半导体工业的发展，越来越多的镀膜设备配置了宽束离子源，至今宽束离子源用于固体表面注入、微细加工、材料的表面改性、镀膜机辅助镀膜等众多工艺中，已成为现代工业发展的热点。现在的宽束离子源包括考夫曼源、霍尔源、低压反应离子源、ECR离子源、潘宁源、空心阴极离子源、APS源和射频离子源等。射频离子源采用磁耦合产生等离子体，具有无灯丝污染、工作时间长、可以长时间在有反应气体的条件下工作、产生的束流大等优点，逐渐成为离子源工业发展的重点。本文是在中国科学院空间科学与应用中心开展了射频离子源的研究工作，研制和开发出射频宽束离子源。射频宽束离子源工作原理是利用电子发生器产生电子，在屏极电压作用下把电子引入离化室，利用射频感应原理将能量耦合到离化室，再利用气体放电原理产生等离子体，在屏极和加速极的作用下引出离子束。本离子源在屏极电压为500伏作用下可产生160mA的离子流，在这种大能量离子源作用下可用于集成电路的刻蚀、辅助镀膜等。本文针对这种离子源进行了样机的研制，研究了射频宽束离子源的匹配，放电所需要的磁场，以及宽束离子引出系统及射频感应产生等离子体的机理。

关键词：射频离子源离子运动数值模拟等离子体耦合

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射频离子源的去除特性研究

射频离子源的去除特性研究

作者：党小刚西安工业大学

学位级别：硕士

随着现代科学技术的飞速发展,光学和微电子学等领域对超光滑表面的需求日益增多,同时对相关重要元件的表面精度也提出了新的要求,需要达到纳米级,甚至亚纳米级的水平。离子束抛光技术是近年来出现的一种高确定性超光滑光学表面加工技术... 详细信息

随着现代科学技术的飞速发展,光学和微电子学等领域对超光滑表面的需求日益增多,同时对相关重要元件的表面精度也提出了新的要求,需要达到纳米级,甚至亚纳米级的水平。离子束抛光技术是近年来出现的一种高确定性超光滑光学表面加工技术,其中去除特性是其研究的重点和难点。本文采用射频离子源对熔石英样片进行加工去除,重点研究了射频离子源的去除特性和工艺参数的优化。主要工作和结论如下:首先,阐述了离子束抛光的工作原理,详细介绍了射频离子源的结构和离子束的产生机理,研究离子束抛光过程中的去除理论,并运用SRIM软件进行了仿真分析,发现去除深度与入射离子数目、能量和入射角度有关,而溅射产额表达的是入射离子的溅射能力,与能量和角度有关;入射角度越大,溅射产额先增大后减小,存在极值;入射离子的能量越大,溅射产额会越大。其次,研究了射频离子源的去除特性,发现随着工作距离的变化,离子束的束形分布呈高斯分布,且束腰位置在工作距离60mm处;正交实验选择三因素三水平进行,三个影响因素对离子束评价指标的影响程度大小依次是射频功率>屏栅电压>氩气流量;随着射频功率的增加,去除率增加,这是因为射频功率的增加改变了交变电磁场,更多的功率加入等离子体中,气体碰撞机会增加,且随着射频功率的增加去除宽度却减小;屏栅电压的增大,刻蚀效果越好,这是因为屏栅电压的大小可直接决定离子束起弧放电和离子束引出的多少;气体流量的增大会直接增加气体碰撞的机会,导致电离的氩离子增多,进而离子束去除深度也会增大;工作压强的增加去除深度也增加,随着工作压强的增加去除宽度度却减小;随着入射角度的增加,去除深度也在不断的增加。然后,分析离子源的稳定性,射频功率、工作压强、工作距离工艺参数对去除特性来说,具有很好的稳定性,而对于屏栅电压、气体流量的小扰动对于去除特性的一致性误差不能忽略,没有很好的稳定性;中和特性分析,灯丝中和相比于射频脉冲中和,离子源的去除效率整体偏大;研究离子源的束形分布和样品去除特性之间的关系,改变射频功率的大小,发现两者之间变化趋势一致性很高。最后,通过刻蚀实验测得离子源的去除函数,射频离子源去除函数峰值去除速率A为132.43nm/min,高斯函数分布参数σ为3.31mm;探究了在射频离子束作用下样品表面的热效应问题,分析了其热量来源;对样品刻蚀前后的表面粗糙度进行测量,发现离子束刻蚀对于样品表面的粗糙度是有影响的。

关键词：离子束抛光射频离子源去除特性去除函数

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射频离子源等离子体激励特性研究

射频离子源等离子体激励特性研究

作者：张黎中国科学技术大学

学位级别：硕士

中性束注入是实现磁约束聚变装置托卡马克加热目标的主要辅助加热手段之一,同时也是四种辅助加热方式中,原理最清楚、加热效率最高的一种加热方式。强流离子源作为中性束注入系统最重要的部件,其性能是决定整个系统能否稳态高功率运行... 详细信息

中性束注入是实现磁约束聚变装置托卡马克加热目标的主要辅助加热手段之一,同时也是四种辅助加热方式中,原理最清楚、加热效率最高的一种加热方式。强流离子源作为中性束注入系统最重要的部件,其性能是决定整个系统能否稳态高功率运行的关键因素之一。目前EAST中性束注入系统所使用的是传统的热阴极强流离子源,由于其头部电源工作在高电位上不便于控制和维护,且易受灯丝寿命的影响而限制其运行时间。而射频离子源相对于热阴极离子源具有结构简单、控制维护方便、没有灯丝不会造成电极污染,且没有灯丝寿命限制等优点,是一种最有可能实现长脉冲稳态运行的新型离子源。为了满足长脉冲运行和未来NBI高能量离子源的要求,EAST NBI团队调研了国内外射频离子源的发展现状并且结合已有的理论和实验基础开展了相关的设计和研究。由于是首次研制,因此有必要开展射频离子源等离子体激励特性的相关研究。本课题首先深入调研了国内外射频离子源的发展现状,在此基础上分析了射频放电的气体击穿判据以及放电室内的产生的两种电场的大小和作用,对影响等离子体放电的结构参数进行了初步分析。其次,根据选定的物理模型对射频离子源进行放电模拟,分析了电子密度、电子温度和等离子体电势的剖面分布以及电子密度与等离子体电势之间的关系,并分析了等离子体放电的趋肤效应。重点研究了线圈匝数、匝间距及驱动器直径等结构参数对等离子体放电的影响,根据模拟结果并结合实际需求确定了最终的EASTNBI射频离子源的结构参数。在此结,构基础上,进一步研究了射频功率和放电气压对等离子体参数的影响。最后,在现有的射频离子源测试平台上,对射频离子源进行了等离子体激励的实验研究,探索了进气气压、射频馈入功率对电子密度和电子温度的影响,并且利用水流量热计系统采集了法拉第屏蔽筒、线圈等部件的温升,分析了射频放电过程中各部件上的功率沉积分布情况。本课题的开展为EAST NBI射频离子源的发展奠定了一定的理论和实验基础,为射频离子源的结构优化提供了一定的参考。

关键词：中性束注入射频离子源等离子体特性理论模拟

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低能大束斑射频离子源

核聚变与等离子体物理 1989年第1期9卷 58-60页

作者：易书卷陈开芹黄培基西南物理研究所

一、引言射频离子源素有结构简单。维护运行方便,质子比高等优点;并且造价低,在大规模工业应用上与其他源型相比,具有优越的竞争能力。目前,仅限于单孔引出,射频离子源最大引出质子流强,均在5mA以下,且没有开发这种离子源型的应用。... 详细信息

一、引言射频离子源素有结构简单。维护运行方便,质子比高等优点;并且造价低,在大规模工业应用上与其他源型相比,具有优越的竞争能力。目前,仅限于单孔引出,射频离子源最大引出质子流强,均在5mA以下,且没有开发这种离子源型的应用。我们研制的毫安级射频离子源,其特点是低能、大束斑。

关键词：射频离子源离子辅助镀表面改性

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大面积射频离子源等离子体激励模拟研究

核科学与工程 2023年第5期43卷 1174-1181页

作者：陈俞钱苏国建谢亚红胡纯栋东华理工大学江西南昌330013 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031

中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)加热是磁约束核聚变装置中最重要的辅助加热手段之一。大面积强流射频(Radio frequency)离子源是高功率NBI系统的核心部件。为了获得高密度、均匀的等离子体,在单激励器射频离子源研究的基础上... 详细信息

中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)加热是磁约束核聚变装置中最重要的辅助加热手段之一。大面积强流射频(Radio frequency)离子源是高功率NBI系统的核心部件。为了获得高密度、均匀的等离子体,在单激励器射频离子源研究的基础上对双激励器射频离子源的结构和等离子体激励特性进行了模拟,给出了射频离子源不同结构和参数对等离子体产生的影响,包括射频激励器间距、扩展室深度、射频功率以及放电气压等。研究结果可为大面积射频离子源的研制和多激励器射频负离子源的设计和优化提供支持。

关键词：中性束注入射频离子源均匀性模拟分析