Модель турбулентного нагрева ионов в источнике многозарядных ионов на электронно-циклотронном резонансе

Предложена модель ионно-звукового турбулентного нагрева ионов, обладающих различными отношениями заряда к массе, в источнике многозарядных ионов на электронно-циклотронном резонансе. Показано, что нагрев ионов за счет ионно-звуковой турбулентности, возникающей в источнике вследствие распадной неустойчивости внешней электромагнитной волны, будет доминирующим над всеми остальными механизмами нагрева. Полученный вид спектра ионного звука при этом зависит от геометрии источника и от мощности микроволнового генератора. На примере смеси газов аргона и гелия показано, что энергия ионно-звуковой волны при некоторых условиях распределяется таким образом, что большая ее часть идет на нагрев ионов с меньшей массой, температура ионов аргона при этом становится более низкой, чем в отсутствие примеси. Так как время жизни ионов в ионном источнике существенно зависит от ионной температуры, понижение температуры тяжелой компоненты позволяет лучше удерживать эту компоненту в плазме и, следовательно, ионизовать ее до более высоких зарядовых состояний.

The Model of Ion Turbulent Heating in an ECRIS

The article considers a model of ion-sound turbulent heating of ions having different relation of a charge to mass in an electron cyclotron resonance ion source (ECRIS). It was shown that the ion heating at the expense of ion-sound turbulence which occurs in an ECRIS due to decay instability of the pumping electromagnetic wave will be dominating all other mechanisms of heating. In this case the ion sound spectrum depends on geometry of an ECRIS and mw power. The example of argon and helium mixture shows that the energy of the ion sound wave under some conditions is distributed in such a way that the most part of it is spent on lighter ions heating and the temperature of argon ions is lower than in absence of an impurity. Since the ion confinement time in an ECRIS essentially depends on ion temperature the decreasing of heavy ions temperature provides better confinement of heavy ions and consequently better output of its higher charge states.