レーザー結合ECRプラズマを用いた小型高輝度金属イオン源の開発

使用激光耦合 ECR 等离子体开发紧凑型高亮度金属离子源

基本信息

批准号：
14750039
负责人：
笹公和
金额：
$ 2.5万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

ECRイオン源は、その安定性、ビーム強度の強さから加速器用イオン源、多価イオン衝突実験などに幅広く利用されている。しかし生成イオンはガス試料からの導入が基本であり、固体試料からのイオン生成が大きな問題点となっている。本研究では、固体試料から安定的にイオンを生成するために、レーザーアブレーションを利用してECRプラズマ中に固体試料元素を外部導入する方式の開発を行った。大電流金属イオン源として、またECRイオン源がイオン化効率の高いことを利用して固体試料の微量元素分析装置として応用出来る。本研究では、まずレーザーアブレーション試験装置の開発を行った。使用したNd:YAGレーザーはパルス幅8ns、波長λ=1064nmで50mJのエネルギーを持つ。標的上での最大レーザー照射強度は、λ=1064nmで1.4×10^9W/cm^2となる。標的として3mm厚のCu板を用いた実験では、ドリフト距離500mmの位置で、-400Vの電子サプレッサーを備えた内径10mmのファラデーカップにより0.12mAのビーム電流値が得られた。ビーム電流パルスはレーザー照射後13μsでピークを持つ、これは速度として3.8×10^4m/sとなり、エネルギーで約470eVとなる。加速電圧2kVでは、ビーム電流値が0.51mAとなった。小型レーザーイオン源でも大強度のイオンビームを生成出来ることを実証した。またレーザーアブレーションによる中性粒子の生成効率を、分析電磁石によりイオンと中性粒子を振り分けて調べた。本研究に用いた小型2.45GHz-ECRイオン源は、RF導入部を径方向入力としている。ECRプラズマ閉じ込めを永久磁石で行っており、小型軽量化が図られている。レーザーアブレーションにより抽出した粒子は軸方向からECRプラズマ内に導入される。ECRプラズマによるレーザーアブレーション抽出粒子の捕獲効率を測定した。実験結果から小型高輝度金属イオン源の実用化に対する目処が得られた。この研究成果を元に、レーザー生成粒子を既存の超伝導14.5GHz-ECRイオン源のECRプラズマ中にトラップさせる実用的装置の開発段階に進んでいる。

由于它的稳定性和梁强度的强度，ECR离子源已被广泛用于加速器离子源，多电荷离子碰撞实验等。但是，将制作出从气体样品中产生的离子的基本引入，而从实体样品中产生的离子是一个主要问题。在这项研究中，我们开发了一种方法，在该方法中，使用激光消融将固体样品元素从外部引入ECR血浆中，以从实体样品中产生稳定的离子。它可以用作大型电流金属离子源，也可以用作固体样品的痕量元素分析设备，利用ECR离子源的高电离效率。在这项研究中，我们首先开发了一种激光消融测试装置。 ND：YAG激光使用的脉冲宽度为8 ns和50 MJ的能量，波长为λ= 1064 nm。目标上的最大激光照射强度为1.4×10^9W/cm^2，λ= 1064nm。在使用3毫米厚的Cu板作为目标的实验中，通过配备了500mm的漂移距离的电子抑制器，具有10mm的内径Faraday杯，可获得0.12mA的束电流值。激光照射后，梁电流脉冲在13μs处峰值，其速度为3.8×10^4m/s，能量的速度约为470EV。在2kV的加速电压下，束电流值为0.51mA。已经证明，即使是小的激光离子源也可以产生大强度的离子束。此外，通过使用分析电磁体分析离子和中性颗粒来检查通过激光消融形成中性颗粒的效率。本研究中使用的紧凑型2.45GHz-ECR离子源具有RF入口作为径向输入。 ECR血浆限制是使用永久磁铁进行的，使其更小且更轻。通过激光消融提取的颗粒从轴向引入ECR血浆。测量了通过ECR血浆提取激光消融颗粒的捕获效率。实验结果为实际应用小型高光度金属离子源提供了指南。基于这项研究，我们现在正在开发一种实用的设备，该设备将激光生成的颗粒捕获在现有超导14.5GHz-ECR离子源的ECR等离子体中。