基于磁偏转的真空弧离子源成分诊断

采用磁偏转的方法,对金属氢化物电极真空弧离子源放电产生的等离子体进行了成分诊断。采用了Ti D2电极材料进行放电,测量了在30-80 A弧流情况下的各离子的组分。实验结果表明,弧流越大时等离子体的密度越大,在现有引出结构下,由于等离子体发射面的凹凸变化导致测得的离子信号出现双峰。通过增加栅网可以减少等离子密度,双峰情况会有所减少。另外,随着弧流增大,氘所占比例会有所增加,弧流达到60 A以上氘含量增幅不明显。     

述评：金属等离子体浸没离子植入和沉积

金属等离子体浸没离子植入和沉积（ＭｅＰＩＩＩＤ）是一项将阴极电弧沉积和等离子体浸没离子植入结合起来的混合工艺。本文评述了由真空电弧产生的金属等离子体的性能,并讨论了ＭｅＰＩＩＩＤ的结果。描述了各种类型的ＭｅＰＩＩＩＤ,并将它们与表面改性的传统方法如离子束辅助沉积（ＩＢＡＤ）作了比较。由于使用了各种离子粒种和能量,ＭｅＰＩＩＩＤ是一项非常通用的方法。在一种极端情况下,用能量范围为２０－５０ｅＶ的离子     

用于EBIT装置的小型MEVVA源及其离子注入实验

为给上海电子束离子阱(Electron Beam Ion Traps,EBIT)装置提供低电荷离子,我们研制了小型金属蒸汽真空弧(Metal Vapor Vacuum Arc,MEVVA)离子源,可产生多种金属以及半导体材料的低电荷离子.本文介绍小型MEVVA离子源的特性及其在上海EBIT装置上的离子注入实验.实验结果显示,合理控制注入参数可以使注入并被束缚在EBIT中的离子数密度达到108～109/cm3.     

基于新型金属氘化物电极的真空弧离子源性能研究

采用金属氘化物电极的真空弧离子源,可产生强流氘离子束,在中子发生器、强流加速器等领域有着广泛的应用前景。本文针对一种新型金属氘化物材料(Zr_(0.45)Ti_(0.5)Cu_(0.05)D_x),研究了基于该材料制作的电极源片,及其表面状态和晶体结构,并通过磁质谱分析方法研究了采用该电极源片的真空弧离子源放电性能。研究结果表明:这种新型金属氘化物材料吸氘(金属氘原子比约1:(1.6～1.7))前后体涨约18%,表面无宏观裂纹;微观下存在微细裂纹,裂纹宽度均小于100 nm。离子源放电获得的氘离子成分比例较普通氘化钛电极情况稳定性高。另外,随着放电弧流的增加,氘离子比例有所下降,表明大放电弧流下,源片中低熔点的铜元素气化量增大,降低了氘原子的电离效率。本文研究为基于金属氘化物电极的真空弧离子源电极材料选择提供了一种新的选择。     

真空弧氘离子源中杂质氕对束流品质的影响

分析了真空弧氘离子源中杂质的主要构成,并着重分析了杂质氕的成因及其对氘离子源性能的影响.对单次脉冲和低重复频率脉冲工作状态下的真空弧氘离子源进行了光谱诊断实验和核反应分析实验,结果表明,氘离子源等离子体中的确含有较多的杂质氕,可对氘离子源的引出束流品质产生较大的危害.并对如何减小杂质氕的影响提出了建议.     

等离子体源离子植入中的关键问题

等离子体源离子植入（ＰＳＩＩ）是一项用于材料表面改性的可按比例增大的非视线方法,本文中,我们研究了在ＰＳＩＩ大规模商用应解决的三个重要问题,它们是：（１）植入保形性;（２）离子源和（３）级电子发射,为了确保复杂形状物体上的均匀的植入剂量,离子鞘层厚度必须足够小,这个标准对离子源和脉冲电源提出了要求,至今,另一个局限是除了Ｂ,Ｃ,Ｎ和Ｏ外其他类型离子的可用性,可能的解决办法是使用金属电弧蒸发源和在高     

磁过滤等离子体沉积和注入技术

利用阴极真空弧放电技术能够产生高密度的金属等离子体。经过90度的磁过滤器，可以除去金属等离子体中的大颗粒微粒，从而为制备高质量的、致密的各种薄膜提供了一种全新的技术。利用该技术制备薄膜具有非常广泛的应用。本文介绍了阴极真空弧放电技术的应用，以及磁过滤等离子体沉积和注入装置及其应用。     

中心螺线圈式大面积均匀金属等离子体形成方法

传统的磁过滤阴极真空弧系统的金属等离子体输出面积较小且出口处的密度呈高斯分布,阻碍了等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢ&D)技术的工业化应用,使得大面积均匀金属等离子体的产生成为了业内研究的热点.本文提出了一种基于多阴极脉冲真空弧源对称配置的中心螺线圈式大面积均匀金属等离子体形成方法,可输出直径约为600mm的金属等离子体.沉积探针结果表明:载流螺线圈对沉积均匀性有较大的影响.单源X方向的沉积均匀性优于Y方向的沉积均匀性;四弧源的离子流密度约为单源的5.5倍,沉积均匀性最高可达83.8%.     

真空弧离子源脉冲工作瞬间的放电行为

采用高速摄影和光谱诊断的方法研究了真空弧离子源脉冲工作瞬间的放电行为。拍摄了离子源放电瞬间吸氢电极上阴极斑的形成过程，分析了不同放电电流时阴极斑的发射光谱。实验结果表明，当脉冲工作电流为10^1—10^2A时，真空弧离子源放电区一般只有单个阴极斑，阴极斑的位置在同一次放电中的变化很小；较大的脉冲工作电流有利于提高阴极斑的温度，并最终导致氢离子浓度的增加，但也会使阴极材料的溅射更加严重，造成离子源等离子体品质下降。     

基于静电探针测量对双潘宁离子源的弧特性研究

本文介绍了采用静电探针的逐点测量法和锯齿波扫描测量法来测量离子源放电中等离子体参数,在此基础上利用静电探针所测量的离子饱和流信号作为控制部分反馈变量,使用闭环控制对22厘米双潘宁离子源的等离子体进行调节,并且利用探针所测量的结果对弧特性进行了初步的分析.     

低能高束流氩离子源的结构及性能

离子源技术是等离子体研究中的一项重要内容,而低能大束流源则是离子源技术研究中的一个重要方向,因为这样的源在离子束刻蚀、离子束溅射镀膜以及荷能粒子与物质相互作用方面都有广泛的应用;本文采用空心阴极空心阳极结构,用热阴极电子发射弧放电驱动并用磁场约束产生等离子体,用曲面发射引出离子束,研制成了氩气放电溅射离子源;研究了灯丝加热电流、弧压对弧流的影响和弧流与工作气体压力对离子束引出的影响规律.离子源的引出电压在0-4.0 kV之间连续可调,最大引出束流为100 mA,束斑面积为φ6.0 cm,以Ti为溅射靶时的最大溅射沉积率为0.45 nm/s,离子源可连续工作160 h.     

真空弧离子源的电阻触发工作方式

介绍了真空弧离子源的一种电阻触发工作方式。有别于典型金属蒸汽真空弧(Metal vapor vacuum arc,MEVVA)离子源的触发工作方式,该方式不需要高压触发脉冲发生器和高压隔离脉冲变压器,简化了电源系统。实验测量了采用电阻触法20-200A主弧电流下的引出离子流,结果表明离子流随主弧流增大。研究了不同阻值触发电阻的起弧情况,实验结果表明在一定电阻阻值范围内,触发电阻越大,触发越难成功。电阻增大使得触发时间增长,主弧上升沿变缓,但是对引出的离子流几乎没有影响。     

基于Saber的5MW中性束注入弧电源仿真设计

强流离子源是HL-2M装置5 MW中性束注入加热系统的核心部件,离子源通过弧电源加速初级电子至高能态,碰撞气体分子,产生等离子体。所以,弧电源对于离子源维持稳定的弧放电非常重要。本文利用Saber软件建立了弧电源的主电路模型,设计并仿真了弧电流的恒流控制、打坑控制以及超级电容的恒流充电控制、恒功率放电控制等。这种方法不仅提高了弧电源电路的分析和设计效率,缩短了系统研制的周期,还可用于实际系统的故障分析和控制参数的整定,降低实验风险。实验结果表明,弧电源的真实输出与仿真输出结果相符。     

玻璃中植入金属离子的特性及应用前景

在绝缘体中植入离子后可能由于辐射损伤、相分离或化合物的形成而引起折射系数的变化。结果有可能形成在光电子学领域有很大应用价值的光波导。目前，金属（如银、铜、金、铅等）离子的植入已证明有可能在玻璃基体的表面薄层中形成小半径的胶粒。这种粒子显示出一种电子等离子体子共振，这种共振取决于植入金属的光学常数和玻璃基质的折射系数。这种胶体的非线性光学性能，特别是Ｋｅｒｒ光学磁化率的增大暗示人们，这种离子植入技术     

袖珍溅射PIG离子源

本文描述一个袖珍端引出溅射PIG离子源。它用SmCo永久磁钢来产生源的约束场。该源既可以产生气体离子,也可以通过阴极溅射,产生相应金属离子。用该源通常可获得Ar~+500—680μA,Ar~(2+)～150μA;当用BF_3做放电气体时,可得B_(11)~+100—130μA,放电功率约为30W。当用Ar做辅助气体时,在30—50W的弧功率下,可得锆、铁、铝等金属离子70多μA;钽离子50—60μA;钛、钼等金属离子30多μA。两个电荷态的金属离子通常约为一个电荷态金属离子的1/2—1/5。     

双频加热的LECR3离子源设计及初步的调试

研制成功了一台新的ECR（Electron Cyclotron Resonance）离子源LECR3（Lanzhou ECR No.3）。该离子源能为原子核物理与表面物理研究提供高电荷态离子束流，LECR3的设计主要基于IMP（Institute of Modern Physics）的14.5GHz ECR离子源（Lanzhou ECR No.2），但采用了双频加热、波导直接馈入微波功率及铝制等离子体弧腔等新技术和新方法。另外，LECR3的弧腔容积比LECR2的大，增加可注入的微波功率，可有效地增加引出的高电荷态离子束流的强度。虽然增大了弧腔的内么，但仍然保持径向六极磁铁在弧腔内壁上产生最大磁场强度与LECR2的同样大小。     

阴极真空弧源磁过滤弯管偏压模式研究

为了改进阴极真空弧等离子体通过磁过滤弯管的传输效率，测定了磁过滤弯管出口离子电流与阴极弧流的关系，结果表明：磁过滤弯管内表面中，靠近大径中心一侧的表面（内侧面）和远离大径中心一侧的表面（外侧面）与等离子体的相互作用是独立的，存在两种向磁过滤弯等内表面运动的离子流：离子碰撞导致的横向扩散离子流和从阴极弧出来的较高能量的惯性离子流。两种离子流通过磁过滤管的传输过程有不同的机制。整个磁过滤弯管偏压较仅仅Bilek板偏压有更高的离子传输效率，Bilek板偏压对磁过滤弯管离子传输起主要作用。     

真空弧离子源引出束流在加速空间的分布

采用数码相机直接照相的方法来确定真空弧离子源引出束流在加速空间的分布。实验在动态真空实验系统中进行,系统真空度优于2×10-3 Pa。在离子源脉冲工作的条件下,采用数码相机拍摄到离子源引出束流在加速空间的积分图像,得到引出束流的幅亮度在拍摄平面上的相对分布,然后再通过Abel转换得到引出束流在加速空间的径向分布。实验结果表明:真空弧离子源引出束流近似高斯分布,离子源出口处的束流比靶入口处的束流强40%。     

有机杂质对强流双潘宁离子源弧放电的危害

本文除筒单介绍双潘宁离子源产生等离子体的物理机制外,着重介绍了在研制15cm双潘宁离子源(下称15cm源)时所遇到的,因油杂质污染而导致“弧放电衰竭”问题及其物理过程。     

F-2同位素电磁分离器用离子源的结构设计

正离子源系统是稳定同位素电磁分离器的一个重要系统。本文设计的目的是研制一种气密性好、能产生强引出束流,并长期稳定运行的离子源。Calutron型中温弧放电离子源最突出的优点是能产生元素周期表中绝大多数元素的离子,且给出的离子束的流强大和能散度小,是能产生离子束流强可达数百mA的强流离子源(视元素而