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用于上海EBIT高能DR共振过程能量测量的高精度高压分压仪的研制

张尉强  
【摘要】:高电荷态离子相关物理研究是等离子体研究的重要内容,不仅能够促进原子结构、量子电动力学等理论的研究,增进人们对天体演化的理解,同时也对实现受控核聚变起着非常关键的作用。电子束离子阱(EBIT)是一种用于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广阔的空间,在分解研究等离子体方面有着无与伦比的优势,是研究高电荷态离子双电子复合(Dielectronic Recombination, DR)过程的有力工具。 DR过程是电子与离子碰撞中的重要物理过程。在等离子体研究中,DR共振强度是建立高温等离子体精确模型不可或缺的重要参数,DR过程中产生的卫星线可用于等离子体温度与密度诊断。 本论文搭建了一台适用于上海EBIT中高能电子束加速电压精密测量的高精度、高稳定性的高压分压仪,从而可对EBIT中的高能DR共振过程进行精细研究。相对于此前建设的高压分压仪,该高压分压仪(HVD)在结构、校刻和性能方面进行了如下改进: 1.结构改进:(1)主体材质选用聚碳酸酯材料,支架板采用聚四氟乙烯材料,进一步降低漏电流;(2)部件组装采用无粘合剂设计,便于拆装、测试和维护;(3)顶部增设电晕环以均匀电场;(4)选用表面积更大、数量更多、阻值更小的分压电阻以降低自加热效应,提高系统稳定性,便于电压校刻;(5)采用特制光滑金属套包裹电阻间联结处,避免尖端放电;(6)高压运行时可注入SF6气体,极大地拓展了分压仪的稳定运行范围。 2.校刻方法改进:结合实际情况对现有校刻方案进行改进,增加了对测量系统的系统误差的分析和消除,完善了误差分析,在不影响校刻便捷性的基础上大大提高了校刻可靠性。 经过输入电压0kV~-85kV的测试显示,该高压分压仪在此电压范围内可稳定运行,其测量精度在10ppm范围内。在高于-35kV的输入电压下,读数不确定度小于3ppm。这样的高稳定性能够满足在上海EBIT上对高能DR共振研究的需要。


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