大功率低气压射频感性耦合负氢离子源中电子特性的研究

【作者】 高飞； 李宏； 刘阳； 杨唯； 张钰如； 王友年；

【机构】 大连理工大学物理学院；

【摘要】 中性束加热技术作为一种二次加热手段,是实现磁约束核聚变的关键技术之一。相对正离子束而言,负离子束在高能区具有更高的中性化效率,因此在国际热核聚变实验堆(ITER)计划和我国的中国聚变工程实验堆(CFETR)中已经把射频负氢离子源作为重要的研究课题。射频负氢离子源主要分为放电源区、扩散区和引出区。在放电源区采用大功率低频功率源驱动放电,产生氢等离子体;然后输运到扩散区,在引出区的上方产生负氢离子,最后由引出区引出负氢离子。在负氢离子源中,等离子体中电子特性的变化将影响着负氢离子的产额;而负氢离子的产额直接影响着中性束注入能量的高低。因此对射频负氢离子源中电子特性的研究,将更好的探索出提高负氢离子产额的有效方法。本文通过Langmuir探针、流体/玻尔兹曼方程混合模型和动力学/整体模型研究大功率低气压射频感性耦合负氢离子源中电子特性。尤其是观察射频频率、射频功率和工作气压等对电子密度、电子温度以及电子能量分布函数的影响,同时给出电子的空间输运行为。结果表明,采用低频放电有效地增加射频电场在等离子体中的入射深度,而且避免了高频放电中的反常趋肤效应和负功率吸收的问题。低气压下电子满足非局域动力学理论,大量的高能电子能够从放电源区直接到扩散区;而高气压下电子被局域在放电源区,扩散区中的电子密度急剧下降。随着射频功率的增加,能够有效的增加电子密度。更多还原