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基于EBIT光谱学研究手段建设及超低能EBIT的研制

肖君  
【摘要】:高电荷态离子(HCI)是宇宙中物质存在的重要形式,在天体和实验室高温等离子体的诊断和研究中有着重要应用价值。 电子束离子阱(EBIT)是一种可以产生和约束高电荷态离子的装置,为产生和研究高电荷态离子及其相关物理提供了强有力的保障。EBIT中等离子体的密度和离子温度非常低,适合进行高分辨光谱研究;EBIT的电子能量单一可调,适合进行等离子过程的分解研究,是一个理想的高电荷态离子光源。 2005年底,国内首台、国际上第八台低温EBIT装置——上海EBIT在复旦大学研制成功并投入运行。目前上海EBIT的电子能量达到国际第三,成为世界上仅有的四台超级EBIT之一。为了利用上海EBIT进行光谱学研究,上海EBIT实验室重点建设了光谱学研究平台。本论文的一项重要工作是上海EBIT光谱学研究手段建设,包括以下三个方面: 1)平面晶体谱仪调试。通过对平面晶体谱仪的离线和在线调试,测试平面晶体谱仪的工作性能,对谱仪的能量分辨率有了实测数据,为在上海EBIT开展高精度的软X射线段的光谱研究奠定基础。 2)上海EBIT开关阱控制系统建设。上海EBIT开关阱控制系统是上海EBIT控制系统的重要组成部分,不仅实现了上海EBIT的开关阱的控制,同时与MEVVA离子源的初始离子注入,DR实验中的电子束能量扫描都有着紧密联系,为上海EBIT阱区的控制及各类实验的开展提供了保障。 3)DR扫描系统建设。基于上海EBIT的DR扫描系统本质上是一个多参数的控制与数据获取系统,为上海EBIT上开展DR扫描实验提供了保障。本实验室已成功运用这套系统在上海EBIT上对氙离子的KLL共振进行了研究,并取得了高精度的实验结果。 在此基础上进行了基于上海EBIT类氦氩离子的伴线研究,得到了其KLn系列的伴线的能谱,结合理论模拟合成的实验谱可应用于与Tokamak实验谱的对比研究。 近年来随着天体物理和可控核聚变研究的深入,超低能EBIT逐渐发展起来,可用于Tokamak的边界等离子体中原子与分子过程的研究。本论文的另一项重要工作就是研制超低能EBIT装置,具体内容包括以下两个部分: 1) SH-PermEBIT的研制、调试。SH-PermEBIT是国内首台超低能EBIT,其电子束能量下限已经达到250eV,它的成功研制为Tokamak刮削层中的等离子体分解研究提供了强有力的工具。 2) SH-HtscEBIT的设计。SH-HtscEBIT在SH-PermEBIT的基础上对磁体、腔体材料、结构等多方面进行改进,全新的设计使其更加适合于低能条件下的运行,与SH-PermEBIT相比,该设计方案可以使电子束能量降得更低,设计能量下限为50eV,更适合于Tokamak刮削层中原子分子过程的研究。


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