No abstract

In this paper, we present a method for improving the negative hydrogen ion yield in the electron cyclotron resonance source with driven plasma rings where the negative ion production is realized in two stages. First, the hydrogen and deuterium molecules are excited in collisions with plasma electrons to high-laying Rydberg and high vibration levels in the plasma volume. The second stage leads to negative ion production through the process of repulsive attachment of low-energy electrons by the excited molecules. The low-energy electrons originate due to a bombardment of the plasma electrode surface by ions of a driven ring and the thermoelectrons produced by a rare earth ceramic electrode, which is appropriately installed in the source chamber. The experimental and calculation data on the negative hydrogen ion generation rate demonstrate that very low-energy thermoelectrons significantly enhance the negative-ion generation rate that occurs in the layer adjacent to the plasma electrode surface. It is found that heating of the tungsten filaments placed in the source chamber improves the discharge stability and extends the pressure operation range.

* Индустриальный университет Сантандера АА 678 Букараманга, Колумбия † Институт физических исследований и технологий Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, Россия, 117198 Анализ механизмов образования отрицательных водородных ионов в источнике плазмы, работающем на электронном циклотронном резонансе, позволяет сделать вывод о принци-пиально важной роли, которую играют в этом процессе низкотемпературные электроны. В источниках такого типа получение отрицательных ионов происходит следующим образом. Вначале молекулы водорода, сталкиваясь в плазме с энергичными электронами, перехо-дят на высоковозбуждённые электронные и колебательные уровни. Далее, присоединяя электроны низких энергий, возбуждённые молекулы приобретают отрицательный заряд. Отрицательные атомарные ионы получаются в результате диссоциации возбуждённых от-рицательно заряженных молекул водорода. Необходимые для этого процесса электроны низких энергий получаются в результате столкновений быстрых электронов плазмы с плаз-менными электродами. В представленных экспериментах для дополнительного увеличения числа электронов низких энергий использовалась термоэлектронная эмиссия из вольфра-мовых нагревателей и керамических LaB 6 электродов, размещённых в камере источника. В экспериментах установлено, что термоэлектронная эмиссия электронов из вольфрамо-вых нагревателей улучшала стабильность разряда и расширяла диапазон давлений, при которых существовал разряд, существенно не изменяя величину тока отрицательных ионов. Эмиссия же электронов из LaB 6 электродов увеличивала ток отрицательных ионов из источника более чем в 3 раза.Ключевые слова: источник отрицательных ионов, электронный циклотронный резо-нанс, электронная эмиссия, диссоциация, колебательное возбуждение молекул, электронное возбуждение ВведениеИнтерес к источникам отрицательных водородных ионов вызван их широким ис-пользованием для различных научных, технических целей и особенно их применением для целей управляемого термоядерного синтеза [1]. Поток отрицательно заряженных изотопов водорода, ускоренных до высоких энергий, может быть превращён в ней-тральные атомы и инжектироваться в магнитные ловушки с целью решения проблемы нагрева плазмы до термоядерных температур. Отрицательно заряженные изотопы водорода, ускоренные до высоких энергий, используются в ускорителях различного типа, в частности, для получения радиоизотопов. Существенным преимуществом ис-точников ионов, использующих для создания плазмы электронный циклотронный резонанс (ЭЦР), является отсутствие загрязнений плазмы материалом катода и их долговечность. Для ЭЦР источников отрицательных ионов водорода принципиально важной реакцией является присоединение низкоэнергетичных электронов к молеку-лам водорода с последующей диссоциацией отрицательно заряженных молекул [2]. Однако константа скорости такого процесса слишком мала для того, чтобы этот про-цесс использовать для практических целей. Но если молекулы водорода находятся в Статья поступила в редакцию 18 мая 2018 г. Публикация подготовлена при поддержке П...

No abstract