Система вимірювання еміттансних характеристик іонних джерел

DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-3-06
Ключові слова: іонний пучок, електростатичний сканер, функція розподілу Гаусса, середньоквадратичний еміттанс, нормалізований еміттанс, параметри Твісса, пеннінговскє джерело іонів

Анотація

У статті представлені результати розробки системи вимірювання еміттансних характеристик іонних джерел, досліджуваних в ІПФ НАН України з метою отримання іонних пучків з високою яскравістю. Система вимірювання еміттанса виконана за схемою електростатичного сканера і складається з двох основних частин: сканера, який переміщається в напрямку, перпендикулярному осі пучка за допомогою крокового двигуна, і електронної системи управління, збору і обробки даних. Система управління та обробки даних містить мікрокомп'ютер Raspberry pi 3B, прецизійні ЦАП/АЦП, високовольтний підсилювач для генерування напруги ±500 В на відхиляючих пластинах сканера, широкодиапазонний інтегратор струму. Визначення еміттанса полягає у вимірюванні розподілу інтенсивності іонного пучка при переміщенні сканера по координаті x і електростатичному скануванні по куту x'. Отриманий двовимірний масив даних дозволяє визначити основні еміттансні характеристики іонного пучка: геометричний 90% еміттанс, середньоквадратичний еміттанс, параметри Твісса і рівняння фазового еліпса середньоквадратичного еміттанса, профіль струму пучка і розподіл щільності струму по куту. Для перевірки працездатності і функціональності вузлів системи були проведені вимірювання еміттансних характеристик іонного джерела пеннінговского типу. Робочим газом був гелій, енергія пучка змінювалася в межах 7-15 кеВ. При енергії пучка 13 кеВ отримані наступні величини еміттанса пучка іонів He+: 90% еміттанс дорівнює 30 π∙мм∙мрад, середньоквадратичний еміттанс дорівнює 8,4 мм∙мрад, величина нормалізованого середньоквадратичного еміттанса становить 0,022 мм∙мрад. Дана система вимірювання еміттанса іонних пучків характеризується малим часом проведення вимірювання, що становить 10-15 хв.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

D.V. Magilin, A.G. Ponomarev, V.A. Rebrov, N.A. Sayko, K.I. Melnik, V.I. Miroshnichenko, and V.Y. Storizhko, Nucl. Instr. and Meth. B. 267, 2046-2049 (2009). https://doi.org/10.1016/j.nimb.2009.03.015.

V. Voznyi, V. Miroshnichenko, S. Mordyk, D. Shulha, V. Storizhko, and V. Tokman, J. Nano Electron. Phys. 5(4), 04060 (2013), https://jnep.sumdu.edu.ua/download/numbers/2013/4/articles/en/jnep_2013_V5_04060.pdf.

V.I. Vozny, V.Yu. Storizhko, V.I. Miroshnichenko, V.V. Tokman, Ye.A. Mironets, and Ye.O. Batura. Nauka innov. 6(5), 72-76 (2010). https://doi.org/10.15407/scin6.05.072, (in Russian)

P.W. Allison, J.D. Sherman, and D.B. Holtkamp, IEEE Trans. Nucl. Sci. 30(4), 2204-2206 (1983), https://doi.org/10.1109/TNS.1983.4332762.

C. Lejeune, and J. Aubert, in: Applied Charged Particle Optics, Part A, edited by A.Septier, (Academic Press, New York, 1980), pp.159-259.

V.V. Kuz'menko, V.G. Bogdalin, and V.M. Pistrjak. Problems of Atomic Science and Technology. Series: General and Nuclear Physics, 2(12), 74-77 (1980). (in Russian)

J. Buon, in: CAS-CERN Accelerator School: 5th General Accelerator Physics Course, (1992), pp. 89-116. http://dx.doi.org/10.5170/CERN-1994-001.

M. Reiser, Theory and Design of Charged Particle Beams, 2nd ed. (Wiley-VCH, Weinheim, 2008), pp. 51-61, pp. 128-134, pp. 320-326. http://dx.doi.org/10.1002/9783527622047.

J.D. Lawson, The Physics of Charged Particle Beams, 2nd ed. (Clarendon Press, Oxford, 1988), pp. 200.

H. Zhang, Ion Sources, (Science Press, Springer, New York, 1999), pp. 59.

P.M. Lapostolle, IEEE Trans. Nucl. Sci. 18(3), 1101 (1971), https://doi.org/10.1109/TNS.1971.4326292.

M. Ferrario, in: CERN Accelerator School: Plasma Wake Acceleration, (CERN, Geneva, 2014), pp. 159-179. http://dx.doi.org/10.5170/CERN-2016-001.159.

V.I. Voznyi, D.P. Shulha, O.O. Drozdenko, M.I. Zakharets, E.A. Mironets, and O.S. Brichenko, Nuclear Physics and Atomic Energy, 18(2), 194-200 (2017). https://doi.org/10.15407/jnpae2017.02.194, (in Russian)

Cold Cathode Penning Ion Source, Model SO-60, http://www.highvolteng.com/media/Leaflets/model_so-60__cold_cathode_penning_ion_source.pdf

Опубліковано
2020-08-13
Цитовано
Як цитувати
Voznyi, V. I., Sayko, M. O., Ponomarev, A. G., Sadovyi, S. O., Alexenko, O. V., & Shulipa, R. O. (2020). Система вимірювання еміттансних характеристик іонних джерел. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 46-53. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-3-06
Номер
№ 3 (2020): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2020 В.І. Возний, М.О. Сайко, О.Г. Пономарьов, С.О. Садовий, О.В. Алексенко, Р.О. Шуліпа

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).