Удерживаемая магнитным полем плазма может быть нагрета до термоядерной температуры также и высокочастотными методами, но это приводит к значительным трудностям. Развитие интенсивных и слаборасходящихся пучков ионов D– может привести к разрешению проблемы нагрева плазмы, и поэтому во многих лабораториях мира сейчас занимаются этим вопросом. Существует несколько основных процессов, обусловливающих образование ионов Н– (D–), и каждый из них мы будем рассматривать отдельно. В экспериментах с двойной перезарядкой, проведенных в Беркли и Ливерморе, наблюдалось возрастание тока Н– от нескольких миллиампер до амперного уровня. Когда в Новосибирске Бельченко и др. экспериментально обнаружили высокую эффективность образования Н– из Н+ на цезиевой поверхности, то произошло смешение акцентов в сторону поверхностно-плазменных источников. Примерно в это же время Бакал и др. (Палэзо) сделали сообщение о неожиданно высокой плотности ионов Н– в водородной плазме. Эта работа вызвала имеющее место и сейчас смещение основного направления исследований в область источников Н– с объемной генерацией. Тем не менее можно сказать, что во всех упомянутых направлениях ведутся активные исследования и поэтому все они будут обсуждаться в последующих разделах.
Наши представления о физике отрицательных ионов, к сожалению, не подвергались ревизии с 1976 г. (см. работу [202]), так что всплеск исследований, связанных с созданием источников ионов Н– , шел параллельно с интенсивным и последовательным изучением процессов, ведущих к образованию и распаду отрицательных ионов.
10.2. Двойная перезарядка
В схеме получения ионов Н–, представленной на рис. 10.2, исходный пучок образован положительными ионами водорода. Когда лучок проходит через камеру, содержащую пары вещества с достаточно низким потенциалом ионизации, то в пучке
Рис.10.2. Схематическое изображение метода получения пучков отрицательных ионов путём двойной перезарядки.
возникает фракция отрицательных ионов. В парах щелочного металла, такого, как цезий, этот процесс включает в себя два акта обмена зарядами:
Н+ +Сs → Н + Сs+ и
Н + Сs → H– + Cs+.
Для щелочноземельного металла, например стронция, образование Н– может произойти в результате одного столкновения посредством присоединения к протону сразу двух электронов:
H+ + Sr → H– + Sr2+.
Физика подобных процессов с двойной ∞∞перезарядкой детально рассмотрена в работе Олсона [218].
В таком процессе нельзя достичь 100%-ного преобразования исходного пучка в пучок отрицательных ионов путём создания перезарядной мишени достаточной толщины. Ион H– также может потерять свой внешний электрон в результате обдирки или
 |
Энергия, кэВ/нуклон
Рис.10.3. Равновесный выход ионов H– и D– в парах щелочного металла.
перезарядки. Таким образом, существует некоторая равновесная фракция F−∞, которая представляет собой максимально возможное количество отрицательных ионов, образовавшихся из исходного пучка. На рис. 10.3 показаны зависимости величины F−∞ от энергии для водорода (дейтерия) для трех щелочных металлов (см. работу [241]). На рис. 10.4 приведены аналогичные зависимости для четырех щелочноземельных металлов (см. работы [240, 204]). Конкурирующий процесс (отщепление электрона от нейтрального атома и образование иона Н+) в приве
 |
Энергия, кзВ/нуклон
Рис. 10.4. Равновесный выход ионов Н− и D− в парах щелочноземельного металла денном на рисунке диапазоне энергий не является существенным. Там, где эти процессы становятся значительными, существует определенная оптимальная толщина мишени и фракция отрицательных ионов, соответствующая данной толщине, обозначается как η−opt . Для диапазона энергий, меньше чем 5 кэВ/нуклон, представленного на рис. 10.3, величины F−∞ и η−opt довольно близки друг к другу.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.