Анотація до роботи:

Завалов О.М. Лінзи з просторовим зарядом для фокусування пучків позитивних та негативних іонів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04. – фізична електроніка. – Інститут фізики НАН України, Київ, 2005.

Дисертаційна робота присвячена чисельним дослідженням лінз з просторовим зарядом для фокусування пучків позитивних та негативних іонів. Вперше застосована математична модель в якій рух компонент плазми в робочому об’ємі лінзи самоузгоджений з електричним полем, що залежить, в свою чергу, від просторового розподілу густини заряду плазми.

Моделювання плазмового середовища проводилось за допомогою методу Particles-In-Cells для плазми без зіткнень. Розподіл густини просторового заряду часток обчислювався за допомогою методу «хмар у комірках» (Clouds-In-Cells). Вперше показана вирішальна роль іонів в формуванні фокусуючого електричного поля в об’ємі сильнострумової плазмової лінзи, встановлено утворення в ній шаруватої електронної структури, виявлено вплив струму пучка на формування розподілу електричного потенціалу. Досліджена лінза з позитивним просторовим зарядом та лінза нової вдосконаленої конструкції з додатковим джерелом емісії електронів для фокусування пучків негативних іонів. Показано, що у таких лінзах необхідний позитивний просторовий заряд створюється за рахунок інерції позитивних іонів та видалення електронів повздовжнім електричним полем. Результати проведених досліджень сильнострумової плазмової лінзи та лінзи з позитивним просторовим зарядом були використані при розробці нових удосконалених пристроїв.

Вперше самоузгоджена математична модель застосована для дослідження фізичних процесів у плазмооптичних системах: сильнострумовій плазмовій лінзі для фокусування широкоапертурних пучків позитивних іонів та лінзі з позитивним просторовим зарядом для фокусування пучків негативно заряджених іонів водню. Чисельно вивчена поведінка різних компонент плазми, їх динаміка та структура просторового заряду у системах такого класу, виявлено і проаналізовано вплив цих компонент на якість фокусування та властивості сфокусованих іонних пучків.

1. Встановлено утворення в об’ємі сильнострумової плазмової лінзи шарової електронної структури, визначеної кінцевими розмірами циліндричних електродів-фіксаторів лінзи та показана важлива роль іонів в динаміці утворення просторового заряду лінзи.

   Виявлено ефект зміни розподілу електричного потенціалу та електронної структури при зростанні струму пучка в плазмовій лінзі.

   Шаруватий розподіл просторового заряду (який може спричиняти розвиток нестійкостей в робочому об’ємі лінзи) не виникає у слабких (~ 100 Е) магнітних полях внаслідок великого ларморівського радіуса електронів, а радіальний розподіл потенціалу може бути сформованим близьким до оптимального розподілу, тобто квадратичному по радіусу.

   Встановлено, що у лінзі з позитивним просторовим зарядом та лінзі нової вдосконаленої конструкції з додатковим джерелом емісії електронів для фокусування пучків негативних іонів необхідний позитивний просторовий заряд створюється за рахунок інерції позитивних іонів та видалення електронів повздовжнім електричним полем.

   Знайдена в чисельних експериментах можливість зниження тиску робочого газу в лінзі, що дозволяє уникнути значного руйнування іонного пучка, ініціювала створення лінзи з позитивним просторовим зарядом модифікованої конструкції, яка успішно пройшла експериментальні випробування.

Публікації автора:

1. Завалов А.М., Горшков В.Н., Горецкий В.П., Солошенко И.А. Линза с объемным зарядом для фокусировки пучка отрицательных ионов // Физика плазмы. 2003. – Т.29, вып.6. – С.516-520.

2. Горшков В.Н., Гончаров А.А., Завалов А.М. Численное моделирование сильноточной плазменной линзы // Физика плазмы. 2003. – Т.29, вып.10. – С.939-948.

3. Завалов А.М., Горшков В.Н., Гончаров А.А. Особенности формирования объемного заряда в сильноточной плазменной линзе // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Плазменная электроника и новые методы ускорения (3). – 2003. – №4. – С.60-62.

4. Горшков В.Н., Гончаров А.А., Завалов А.М. Особенности фокусировки сильноточной плазменной линзы // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля. Частина 2. –2002. – 12. – С.36-51.

5. Soloshenko I.A., Goretsky V.P., Gorshkov V.N., Zavalov A.M. Space charge lens for focusing negative ion beam: theory and experiment // Review of Scientific Instruments. – 2004. – Volume 75, Issue 5. – P.1174-1176.

6. Soloshenko I.A., Goretsky V.P., Zavalov A.M. Space charge lens for focusing negative ion beams // Production and Neutralization of negative Ions and Beams. – Kiev (Ukraine). September 14-17. – 2004. – P.176-188.