'

Системы создания плазмы

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

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


Слайд 1

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


Слайд 2

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


Слайд 3

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


Слайд 4

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)


Слайд 5

Ионизация электронным ударом Сечение ионизации (формула Томсона)


Слайд 6

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


Слайд 7

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


Слайд 8

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


Слайд 9

Разряд с осциллирующими электронами Мультипольная магнитная стенка


Слайд 10

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


Слайд 11

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


Слайд 12

Разряд с осциллирующими электронами Магнетронный разряд Магнетронная распылительная установка


Слайд 13

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


Слайд 14

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


Слайд 15

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


Слайд 16

Количество свободных носителей мало (электрическое поле не искажается пространственным зарядом) Образование вторичных электронов: - ионизация газа электронным ударом - эмиссия с катода из-за бомбардировки ионами катод предположив, что электрон ионизирует атом, если в процессе его ускорения в электрическом поле он достигает энергии, превышающей потенциал ионизации: e E z > I. Таунсенд нашел явный вид z 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 Развитие разряда Таунсендовская теория пробоя


Слайд 17

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 Электрический пробой в газах


Слайд 18

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


Слайд 19

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


Слайд 20

Электрический разряд в газах


Слайд 21

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


Слайд 22

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


Слайд 23

Свойства дуги как разряда в газе Ud=?+??l Малое приэлектродное падение потенциала ? (10-40 В) Высокая плотность тока (102-103 А/см2 ) Термическая ионизация газа в межэлектродном промежутке (Т =4000-6000 К) Термоэлектронная эмиссия на катоде


Слайд 24

Плазмотроны Плотность теплового потока ~


Слайд 25

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


Слайд 26

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


Слайд 27

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


Слайд 28

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


Слайд 29

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


Слайд 30

Схема питания источника плазмы -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 1 2 3 Jout Jtest J(z) 5 кА


×

HTML:





Ссылка: