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URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2000/263/


Weiterentwicklungen und Untersuchungen an einer "herkömmlichen" 14 GHz und verschiedenen "vollpermanenten" 9-10.5 GHz Elektron-Zyklotron-Resonanz(EZR)-Ionenquellen

Brötz, Frank


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Freie Schlagwörter (Deutsch): 14 GHz EZR-Ionenquelle , 9-10.5 GHz EZR-Ionenquelle
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Kernphysik, Strahlenzentrum
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 01.09.2000
Erstellungsjahr: 2000
Publikationsdatum: 12.09.2000
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Arbeit werden Weiterentwicklungen und Untersuchungen zur Optimierung von verschiedenen EZR-Ionenquellen (ECRIS)
beschrieben. Es handelt sich dabei um eine 'herkömmliche' 14 GHz ECRIS, deren axiales Spiegelfeld mit zwei Solenoidspulen erzeugt wird, und
um drei 'vollpermanente' EZR-Ionenquellen, bei denen der magnetische Einschluss der Plasmateilchen ausschließlich durch Permanentmagnete
realisiert ist.

Weiterhin wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals am Institut für Kernphysik metallische Ionen mit der MIVOC-Technik (Metall Ions from Volatile
Compounds) produziert.


Zunächst wird die prinzipielle Funktionsweise einer ECRIS dargestellt und auf die physikalischen Grundlagen der Erzeugung hochgeladener Ionen
durch Stoßionisation mit schnellen Elektronen, die innerhalb eines Plasmas durch die Elektron-Zyklotron-Resonanz geheizt werden, eingegangen.
Der theoretische Hintergrund der Dissertation wird durch eine Beschreibung der Wellenausbreitung in Plasmen, des magnetischen
Plasmaeinschlusses sowie der Ionenextraktion und einzelner Techniken zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von EZR-Ionenquellen komplettiert.


Um die Leistungsfähigkeit der 14 GHz ECRIS zu steigern, wurde die Mikrowelleneinkopplung auf eine 2-Frequenz-Geometrie umgestellt, der
magnetische Plasmaeinschluss durch einen verlängerten Eisenrückschluss verbessert, das Extraktionssystem auf eine Accel-Decel-Geometrie
umgebaut und eine biased disk installiert.

Die Verbesserungen resultierten in erheblichen Steigerung der extrahierbaren Ionenströme. So wurden z.B. 220 eµA an 06+-Ionen bei einer
Extraktionsspannung von 10 kV erreicht.


Neben der Optimierung der 14 GHz EZR-Ionenquelle wurden drei vollpermanente EZR-Ionenquellen weiterentwickelt:
Es wurde ein sogenannte flat-field ECRIS mit einem flachen Magnetfeldminimum gebaut, um den Einfluss eines großen Resonanzvolumens im
achsennahen Bereich der Ionenquelle zu testen. Die Leistungsfähigkeit der Ionenquelle konnte dadurch um einen Faktor 2 gesteigert werden.
Zum Vergleich wurde eine high-B ECRIS gebaut, die sich durch ein hohes magnetisches Spiegelverhältnis, d.h. einem tiefen Magnetfeldminimum
auszeichnet. Dadurch konnte die Leistungsfähigkeit weiter gesteigert werden. Untersuchungen zur Mikrowelleneinkopplung zeigen, dass die
Betriebsfrequenz einer vollpermanenten EZR-Ionenquelle, bei der das Magnetfeld nicht variiert werden kann, für die Leistungsfähigkeit und für eine
optimale Betriebsmode von herausragender Bedeutung ist. Dies ermöglicht den Einsatz eines Festkörper-Mikrowellengenerators mit
Ausgangsleistungen unter 100 Watt.

Zur Vervollständigung der Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der vollpermanenten EZR-Ionenquellen wurde eine zweite multi-mode ECRIS
gebaut, da die erste im Rahmen einer Dissertation entwickelte multi-mode ECRIS aus Zeitgründen nicht intensiv getestet werden konnte. Hier kam
nun ein Festkörper-Mikrowellensystem zum Einsatz. Zusammen mit der high-B ECRIS lieferte diese Ionenquelle insbesondere im Mischgasbetrieb
die höchsten Ionenströme.


Abschließend wurden Untersuchungen zur Produktion von Eisen-Ionen durch Verwendung von Ferrocen als metallorganische Verbindung am
Gaseinlass der Ionenquelle durchgeführt. Es konnten Ladungszustände bis hin zu q = 13 nachgewiesen werden.