Лазерно-плазменный генератор ионов широкого ряда элементов для тяжелоионного инжектора синхротронов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Описаны результаты первых экспериментов по генерации ионов из ряда химических элементов от легких до тяжелых на лазерно-плазменном источнике ионов, который входит в состав разрабатываемого в НИЦ “Курчатовский институт” тяжелоионного инжектора синхротронов. Источник базируется на СО2-лазерной системе ФОКУС импульсно-периодического действия и включает в состав вакуумную мишенную камеру с дрейфовым пространством и высоковольтную систему экстракции и формирования пучка заряженных частиц. В работе описано устройство источника и приведены характеристики лазерного излучения и генерируемых ионных пучков Al, Fe и Bi, которые получены в результате совместной обработки данных времяпролетного спектра частиц из плазменного потока и токовых характеристик экстрагированного ионного пучка. Высокая эффективность этого источника для получения интенсивных ионных пучков из широкого спектра элементов и возможность их оперативной смены могут быть успешно использованы в инжекторах синхротронов для комплексных исследований и тестирования электронной компонентной базы на радиационную стойкость.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Балабаев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: nrcki@nrcki.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

А. А. Васильев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nrcki@nrcki.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

Т. В. Кулевой

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nrcki@nrcki.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

А. А. Лосев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nrcki@nrcki.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

Ю. А. Сатов

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nrcki@nrcki.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

И. А. Хрисанов

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: hrisanov@itep.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

А. В. Шумшуров

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nrcki@nrcki.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

Список литературы

  1. Satov Yu., Sharkov B., Haseroth H., Smakovskiy Yu, Makarov K., Kondrashev S., Roerich V., Stepanov A., Kugler H., Scrivens R., Camut O., Shumshurov A., Balabaev A., Charushin A. // J. Russ. Laser Res. 2004. V. 25. № 3. P. 205. https://doi.org/10.1023/b:jorr.0000026779.64230.19
  2. Макаров К.Н., Малюта Д.Д., Нищук C.Г., Рерих В.К., Сатов Ю.А., Смаковский Ю. Б., Степанов A.Е., Хоменко С.В. // КЭ. 2001. Т. 31. № 1. С. 23. https://doi.org/10.1070/QE2001v031n01ABEH001885
  3. Сатов Ю.А., Смаковский Ю.Б. Патент на изобретение № 2 653 568 РФ // Опубл. 11.05.2018.
  4. Сатов Ю.А., Хрисанов И.А., Шумшуров А.В., Балабаев А.Н., Лосев А.А. Препринт ИТЭФ № 1–16, М., 2016.
  5. Сатов Ю.А., Шарков Б.Ю., Алексеев Н.Н., Шумшуров А.В., Балабаев А.Н., Савин С.М., Белокуров А.Д., Хрисанов И.А., Макаров К.Н. // ПТЭ. 2012. № 3. С. 107. http://dx.doi.org/10.1134/S0020441212020108
  6. Satov Yu., Sharkov B., Smakovski Yu., Makarov K., Stepanov A., Roerich V., Kondrashev S., Shumshurov A., Balabaev A. // J. Russ. Laser Res. 2004. V. 2. № 6. P. 524. http://dx.doi.org/10.1023/B:JORR.0000049085.71399.ed
  7. Сатов Ю.А., Шумшуров А.В., Васильев А.А., Балабаев А.Н., Лосев А.А., Хрисанов И.А., Макаров К.Н., Рерих В.К. // ПТЭ. 2017. № 4. С. 108. http://dx.doi.org/10.1134/S0020441217030241
  8. Stepanov A.E., Satov Yu.A., Makarov K.N., Roerich V.C., Smakovskiy Yu.B., Maluta D.D., Starostin A.N. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2003. V. 45. № 7. P. 1261. https://doi.org/10.1088/0741-3335/45/7/315

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема лазерно-плазменного генератора ионов: ЛД – лазерный драйвер – система ФОКУС, МК – мишенная камера, СЭ – система экстракции, 1 – одномодовый одночастотный ЗГ, 2 – трехсекционная поглощающая ячейка ПЯ1, 3 – дифракционная решетка, 4 – короткофокусное зеркало ПФ, 5 – длиннофокусное зеркало ПФ, 6 – пространственный фильтр, 7 – активная среда широкоапертурного многопроходового усилительного модуля, 8 – односекционная поглощающая ячейка ПЯ2, 9 – выпуклое зеркало внеосевого конфокального телескопа, 10 – фокусирующее зеркало телескопа, 11 – входное окно вакуумной мишенной камеры, 12 – фокусирующий объектив, 13 – плоское поворотное зеркало, 14 – цилиндрическая мишень, 15 – высоковольтная система экстракции, 16 – выходной ионный пучок.

Скачать (313KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Общий вид мишенной камеры и системы экстракции: 1 – лазерный пучок, 2 – вакуумная мишенная камера, 3 – дрейфовая труба, 4 – высоковольтная система экстракции, 5 – ионный пучок, 6 – высоковольтные изоляторы. Волнистой линией показан ход лазерного луча, штриховой – плазменная струя материала мишени, сплошной – ход ионного пучка.

Скачать (365KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Трехэлектродная система высоковольтной экстракции: 1 – плазменный поток, 2 – первый электрод под положительным потенциалом, 3 – средний электрод под отрицательным потенциалом, 4 – третий заземленный электрод.

Скачать (186KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Данные статистической обработки характеристик лазерного импульса на выходе системы ФОКУС по тесту длительностью 2 ч с частотой повторения 1/16 Гц: а – пиковая мощность импульса, б – полная энергия, в – длительность на полувысоте.

Скачать (385KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Типичная форма импульса на выходе системы ФОКУС.

Скачать (78KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Пространственный профиль (1, левая шкала) и энергосодержание (2, правая шкала) лазерного пучка перед мишенной камерой (а) и в фокальной плоскости (б), где E₀ = 19 Дж – полная энергия пучка, Ф = 0.96 Дж/см² – максимальная плотность энергии пучка, Ф = 4.4 ∙ 10⁴ Дж/см² – максимальная плотность энергии в фокальном пятне.

Скачать (131KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сигналы анализатора ионов Bi при энергии настройки E [кэВ] = 4z, где амплитуды сигналов ВЭУ были максимальны. Нулевое значение временной шкалы – момент начала облучения мишени, длина дрейфа 3620 мм.

Скачать (146KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Усредненная форма плотности полного тока ионов висмута (кривая 2) и стандартные отклонения (кривые 1 и 3). Длина дрейфа 1935 мм: а – обзорная шкала, б – интервал прилета высокоэнергетических ионов.

Скачать (116KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Энергетический спектр ионов висмута: 1 (○) – Bi²⁷⁺, 2 (∆) – Bi²⁸⁺, 3 (◊) – Bi²⁹⁺, 4 (☆) – Bi³⁰⁺

Скачать (115KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Парциальные токи ионов висмута, получаемые за системой экстракции: 1 (○) – Bi²⁷⁺, 2 (∆) – Bi²⁸⁺, 3 (◊) – Bi²⁹⁺, 4 (☆) – Bi³⁰⁺

Скачать (110KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Плотность числа ионов висмута в интервале 5 мкс.

Скачать (121KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Энергетический спектр ионов железа: 1 (○) – Fe¹⁴⁺, 2 (∆) – Fe¹²⁺, 3 (◊) – Fe¹¹⁺, 4 (☆) – Fe¹⁰⁺.

Скачать (105KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Парциальные токи ионов железа, получаемые за системой экстракции: 1 (○) – Fe¹⁴⁺, 2 (∆) – Fe¹²⁺, 3 (◊) – Fe¹¹⁺, 4 (☆) – Fe¹⁰⁺.

Скачать (84KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Плотность числа ионов железа Fe¹⁰⁺÷Fe¹⁴⁺ в интервале 5 мкс.

Скачать (95KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Энергетический спектр ионов алюминия: 1 (○) – Al⁷⁺, 2 (∆) – Al⁶⁺, 3 (◊) – Al⁵⁺, 4 (☆) – Al⁴⁺.

Скачать (102KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Парциальные токи ионов алюминия, получаемые за системой экстракции: 1 (○) – Al⁷⁺, 2 (∆) – Al⁶⁺, 3 (◊) – Al⁵⁺, 4 (☆) – Al⁴⁺.

Скачать (113KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Плотность числа ионов алюминия Al⁴⁺–Al⁷⁺ в интервале 5 мкс.

Скачать (137KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025