Investigation of the Initial Low Pressure Ecr-Plasma for Operation Mode of Gyromagnetic Autoresonance Plasma Accelerator

Abstract

Несмотря на длительную историю изучения циклотронно-резонансного взаимодействия частиц плазмы со сверхвысокочастотными полями в неоднородном магнитном поле, изучение плазмы ЭЦР-разряда низкого давления (1•10 -5 -1•10 -4 торр) продолжает представ-лять интерес как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения. Целью проведённых исследований являлось изучение характери-стик исходной плазмы, создаваемой в магнитной ловушке пробочного типа в диапазоне рабочих параметров, обеспечивающих функ-ционирование экспериментального стенда для изучения механизма гиромагнитного авторезонанса. На основе спектрометрических методик (оптическая, рентгеновская и масс) определены компонентный состав плазмы разряда, её основные параметры и их изменение в зависимости от разрядных условий. Установлено, что в диапазоне рабочих параметров в плазме разряда присутствуют холодный (температура в диапазоне до 10 эВ, n ec = 7•10 10 cм -3 ) и горячий, функция распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) которого от-лична от максвелловской (средняя энергия масштаба десятка кэВ, n eh = 1•10 9 cм -3 ), электронные компоненты. Установлено, что средняя энергия горячего компонента зависит от расстройки магнитного поля относительно резонансного значения, давления плазмообразую-щего газа, его состава и мощности СВЧ, при этом концентрация более плотного холодного компонента практически постоянна.Ключевые слова: электронно-циклотронный резонанс, зеркальная магнитная ловушка, эмиссионная оптическая спектроскопия, масс-спектроскопия, рентгеновская спектроскопия, спектр тормозного излучения, восстановление функции распределения электронов по энергии. INVESTIGATION OF THE INITIAL LOW PRESSURE ECR-PLASMA FOR OPERATION MODE OF GYROMAGNETIC AUTORESONANCE PLASMA ACCELERATOR V.V. Andreev, M.A. Korneeva, E.B. Laneev, M.N. Mouratov, A.A. Novitsky, D.V. Chuprov Peoples Friendship University of Russia, Moscow, RussiaIn spite of its long history, investigation of cyclotron-resonant particles' interaction with electromagnetic wave in inhomogeneous magnetic field is of interest as before for fundamental and practical use. The main aim of presented study is to understand behavior of parameters of low pressure (1•10 -5 -1•10 -4 Torr) ECR-plasma confined in simple mirror trap at different discharge conditions and consequently to improve the performance of initial plasma source for gyromagnetic autoresonance (GA) plasma accelerator. Information about plasma component structure and their parameters as function of various discharge conditions (gas mixture, pressure, strength of magnetic field, HF-input power) has been obtained with aid of the EOS, XRS and mass-spectrometry instruments. The results showed that within working range plasma consists of two components i.e. bulk plasma with temperature up to 10 eV and density 7•10 10 cm -3 and hot one (average energy of about ten keV, density 1•10 9 cm -3 ) with nonmaxwellian EEDF. Average energy and density of hot component strongly depend on detuning the magnetic field strength with respect to the resonant value at minimum of tra...