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

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

A. Балабаев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: nrcki@nrcki.ru
Ресей, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

A. Васильев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

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

Т. Кулевой

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

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

A. Лосев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

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

Ю. Сатов

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

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

И. Хрисанов

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

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

A. Шумшуров

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

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

Әдебиет тізімі

  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

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig.1. Scheme of laser-plasma ion generator: LD – laser driver – FOCUS system, TC – target chamber, SE – extraction system, 1 – single-mode single-frequency MG, 2 – three-section absorption cell PYa1, 3 – diffraction grating, 4 – short-focus mirror PF, 5 – long-focus mirror PF, 6 – spatial filter, 7 – active medium of wide-aperture multi-pass amplifier module, 8 – single-section absorption cell PYa2, 9 – convex mirror of off-axis confocal telescope, 10 – focusing mirror of telescope, 11 – entrance window of vacuum target chamber, 12 – focusing objective, 13 – flat rotating mirror, 14 – cylindrical target, 15 – high-voltage extraction system, 16 – output ion beam.

Жүктеу (313KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. General view of the target chamber and extraction system: 1 – laser beam, 2 – vacuum target chamber, 3 – drift tube, 4 – high-voltage extraction system, 5 – ion beam, 6 – high-voltage insulators. The wavy line shows the path of the laser beam, the dashed line – the plasma jet of the target material, the solid line – the path of the ion beam.

Жүктеу (365KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Three-electrode high-voltage extraction system: 1 – plasma flow, 2 – first electrode under positive potential, 3 – middle electrode under negative potential, 4 – third grounded electrode.

Жүктеу (186KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Data from statistical processing of the characteristics of the laser pulse at the output of the FOCUS system for a 2-hour test with a repetition rate of 1/16 Hz: a – peak pulse power, b – total energy, c – duration at half-height.

Жүктеу (385KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Typical pulse shape at the output of the FOCUS system.

Жүктеу (78KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Spatial profile (1, left scale) and energy content (2, right scale) of the laser beam in front of the target chamber (a) and in the focal plane (b), where E₀ = 19 J is the total beam energy, Ф = 0.96 J/cm² is the maximum beam energy density, Ф = 4.4 ∙ 10⁴ J/cm² is the maximum energy density in the focal spot.

Жүктеу (131KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Bi ion analyzer signals at the tuning energy E [keV] = 4z, where the amplitudes of the SEM signals were maximum. The zero value of the time scale is the moment of the start of target irradiation, the drift length is 3620 mm.

Жүктеу (146KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Averaged shape of the total current density of bismuth ions (curve 2) and standard deviations (curves 1 and 3). Drift length 1935 mm: a – overview scale, b – arrival interval of high-energy ions.

Жүктеу (116KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Energy spectrum of bismuth ions: 1 (○) – Bi²⁷⁺, 2 (∆) – Bi²⁸⁺, 3 (◊) – Bi²⁹⁺, 4 (☆) – Bi³⁰⁺

Жүктеу (115KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Partial currents of bismuth ions obtained after the extraction system: 1 (○) – Bi²⁷⁺, 2 (∆) – Bi²⁸⁺, 3 (◊) – Bi²⁹⁺, 4 (☆) – Bi³⁰⁺

Жүктеу (110KB)
Метадеректер
12. Fig. 11. Bismuth ion number density in the 5 μs interval.

Жүктеу (121KB)
Метадеректер
13. Fig. 12. Energy spectrum of iron ions: 1 (○) – Fe¹⁴⁺, 2 (∆) – Fe¹²⁺, 3 (◊) – Fe¹¹⁺, 4 (☆) – Fe¹⁰⁺.

Жүктеу (105KB)
Метадеректер
14. Fig. 13. Partial currents of iron ions obtained after the extraction system: 1 (○) – Fe¹⁴⁺, 2 (∆) – Fe¹²⁺, 3 (◊) – Fe¹¹⁺, 4 (☆) – Fe¹⁰⁺.

Жүктеу (84KB)
Метадеректер
15. Fig. 14. Density of the number of iron ions Fe¹⁰⁺÷Fe¹⁴⁺ in the interval of 5 μs.

Жүктеу (95KB)
Метадеректер
16. Fig. 15. Energy spectrum of aluminum ions: 1 (○) – Al⁷⁺, 2 (∆) – Al⁶⁺, 3 (◊) – Al⁵⁺, 4 (☆) – Al⁴⁺.

Жүктеу (102KB)
Метадеректер
17. Fig. 16. Partial currents of aluminum ions obtained after the extraction system: 1 (○) – Al⁷⁺, 2 (∆) – Al⁶⁺, 3 (◊) – Al⁵⁺, 4 (☆) – Al⁴⁺.

Жүктеу (113KB)
Метадеректер
18. Fig. 17. Density of the number of aluminum ions Al⁴⁺–Al⁷⁺ in the interval of 5 μs.

Жүктеу (137KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2025