Системы создания плазмы. Плазменные установки

Системы создания плазмы

Современные плазменные установки требуют создания начальной (мишенной) плазмы
Поверхностная ионизация

Q - машина

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

Q - машина

Термическая ионизация
Формула Саха-Ленгмюра:

T=2500 K

Cs0

Cs+

– работа выхода Вольфрам φ=4,5 эВ

I

Ионизация излучением

Однофотонная ионизация hν > I ~ 13 эВ – вакуумный

Ионизация электронным ударом

Сечение ионизации (формула Томсона)

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

Ионизация внешними электронами
Разряд с осциллирующими электронами

При концентрации газа <1015 см-3 необходимо

Электроны осциллируют в области полого катода
Ионы распыляют поверхность катода

Лампа с полым

Разряд с осциллирующими электронами
Мультипольная магнитная стенка

Разряд с осциллирующими электронами
Пенинговский разряд

Анод +500 В

Катод 0 В

Катод 0 В

Магниторазрядный

Разряд с осциллирующими электронами
Магнетронный разряд

Анод +1000 В

Катод 0 В

Магнетрон

Разряд с осциллирующими электронами
Магнетронный разряд

Магнетронная распылительная установка

Безэлектродные разряды в ВЧ - поле

Индуктивный разряд (inductively coupled plasma)

Электрическое поле

Безэлектродные разряды в ВЧ - поле

Емкостной разряд (capacitevely coupled plasma)

газ

диэлектрик

Безэлектродные разряды в ВЧ - поле

ВЧ разряды

Существуют высокоэффективные источники микроволнового излучения

Количество свободных носителей мало
(электрическое поле не искажается
пространственным зарядом)

Образование вторичных электронов:
-

Длина свободного пробега обратно пропорциональна плотности газа

Тогда первый коэффициент Таунсенда

Распределение по

Условие зажигания разряда:

γ - второй коэффициент Таунсенда -
коэффициент вторичной эмиссии

α

Кривая Пашена

длина свободного
пробега

Uf

Напряжение пробоя

Электрический пробой в газах

Электрический разряд в газах

Тлеющий разряд

В разрядном промежутке устанавливается самосогласованное распределение потенциала
Напряжение на разряде и

Дуга

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

Свойства дуги как разряда в газе

Ud=α+β×l

Малое приэлектродное падение потенциала α

Плазмотроны

Плотность теплового потока ~

Дуговые источники плазмы

Дуоплазмотрон

Дуга 1200 А, 90 В, 5 мс

Плазменные пушки (АМБАЛ)

Начальная плазма АМБАЛ 1013 см-3, 20 см, 1.5 Тл

Плазменные пушки (ГДЛ)

Начальная плазма АМБАЛ 4*1013 см-3, 11 см, 0,22 Тл,

Система создания начальной плазмы (ГОЛ-3)

ЗАДАЧИ
Создание начальной ионизации и организация встречного тока

Конструкция источника плазмы

Перенос приемника пучка в область расширителя с пониженным магнитным