基于上海EBIT 的激光离子源改进 - FDUROP.PDF

二、结题报告 基于上海EBIT 的激光离子源改进 ——数值模拟部分 核科学与技术系 陆祺峰 指导老师 傅云清 摘要：激光离子源（LIS: laser ion source ）是一种先进的离子源，它产生的离子束拥有 前向性好，品种多样等优越的性质，国外许多EBIT 装置上都采用LIS 作为固体元素离子注 入的主要手段。目前上海EBIT 装置上已配置了一个激光离子源，但其产生的能用于离子注 入的束流品质还没有达到设计要求。本课题着眼于改进现有的激光离子源，通过数值模拟探 索具体改进方案，在对运行参数进行优化的基础上提出了新的结构设计方案，为下一步的改 进工作打下坚实基础。 关键词：激光离子源，数值模拟 Abatract: A laser ion source is a kind of advanced ion source with many good properties in present. Most notable is the versatility of producing ions from a variety of atomic species. In addition, the plasma can be oriented along an extraction axis, which may be necessary for both fast injection into and extraction from the trap. Thus, many foreign EBIT device use LIS as a major means of ion injection. Shanghai EBIT has been equipped with a LIS. As the plasma it produces was not strong enough, this project focused on optimizing the current laser ion source, doing the computer simulation to explore a way to improve LIS. We have optimized the experimental parameters and put forward a new structure design and finally laid a solid foundation for further scientific research in the future. Key words: LIS ，computer simulation 引言 EBIT （电子束离子阱）是一种可以产生高电荷态离子的实验装置。它利用 一定能量的高密度电子束在漂移管中与低电荷态离子或原子分子不断碰撞，使其 核外电子剥离，从而产生高电荷态离子，同时把它束缚在阱区。 EBIT离子阱中的初始元素大致有三种来源： （1）真空腔室内的残余气体和电子枪阴极表面蒸发物，如Ba 、W等； （2 ）通过真空管路将微量中性气体连续注入真空室并通过准直孔进入电子束 空间，如Ar 、Kr 、Xe等； （3 ）外置离子源，通过一定的手段产生等离子体，然后利用电场等手段将其 中的离子引出，并形成有一定形状和能量的低电荷态离子束[1]。 由于前两种来源能产生的初始元素种类较少且粒子数量难以控制，因此外置 离子源是EBIT装置的主要离子注入手段。外置离子源主要有MEVVA源和激光离 子源，目前实验室所使用的主要是MEVVA源,但是MEVVA有其缺点与不足。 MEVVA源主要用于产生金属元素离子，对产生非金属元素离子难度很大，不易 实现。所产生的可用于初始元素注入的离子产量较低，且离子的横向温度分布较 广，因此真正能够注入到EBIT阱区的离子只是其中很少的一部分（约万分之一）。 在上海EBIT 的Au离子注入的实验中