Анотація до роботи:

Чех Ю.М. Статичні та динамічні характеристики широкоапертурних плазмових лінз зі стаціонарним магнітним полем. - Рукопис. - Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 - Фізична електроніка. Інститут фізики Національної академії наук України, Київ, 2006.

Експериментально досліджено широкоапертурні плазмові лінзи зі стаціонарними магнітними полями при фокусуванні сильнострумових (до 0,5 А) імпульсних пучків важких (Сu, Pb) іонів середніх енергій (~ 20 кеВ), сформованих багатоапертурним вакуумно-дуговим джерелом, зокрема досліджено лінзу з мінімізованими градіентами магнітного поля. Шляхом вимірювання статичних і динамічних характеристик сфокусованого пучка та параметрів середовища у лінзах визначено основний фактор, який зумовлює обмеження максимального коефіцієнту стискання іонного пучка у діапазоні слабких магнітних полів, досліджено фізичні процеси, що визначають особливості функціонування лінз зі стаціонарними полями та продемонстровано можливість формування електронних вихорів у плазмовій лінзі.

Встановлено, що в діапазоні слабких магнітних полів існують режими, за яких одночасно досягається велика густина струму у фокусі (до 250390 мА/см²), рівень шумової модуляції не підвищується, а також у межах 50% від повного струму пучка практично не збільшується його емітанс. Визначено, що за цих умов максимальна густина струму у фокусі обмежується початковим фазовим об’ємом пучка, тобто параметрами джерела іонів. Встановлено, що наявність середовища, сформованого самостійним жевріючим розрядом, зумовлює істотне поліпшення фокусуючих властивостей лінзи. Експериментально продемонстровано формування великомасштабних електронних вихорів у плазмовій лінзі за умов присутності значного радіального градієнту густини електронів. Встановлено, що порушення умови поздовжнього утримання призводить до обмеження амплітуди вихорів.

У дисертації експериментально досліджено статичні та динамічні характеристики широкоапертурних плазмових лінз зі стаціонарними магнітними полями при фокусуванні імпульсних багатоапертурних пучків важких іонів середніх енергій, зокрема досліджено лінзу з мінімізованими градіентами магнітного поля.

Основні результати дисертаційної роботи

1. Вперше експериментально отримано розподіли у фазовому просторі іонів сильнострумового багатоапертурного пучка, сфокусованого за допомогою плазмової лінзи з мінімізованими градієнтами магнітного поля:

визначено, що за оптимальних умов у діапазоні слабких магнітних полів, емітанс, який відповідає 250 мА (» 50 % повного струму пучка) практично не збільшується, а максимальний коефіцієнт стискання визначається величиною емітанса;

встановлено збереження тонкої структури розподілу іонів у фазовому просторі при перекритті (у звичайному просторі) пучків, які витягуються з окремих емісійних отворів багатоапертурного джерела іонів, при цьому показано, що ефективна температура іонів багатоапертурного пучка, принаймні на два порядки перевищує температуру іонів у пучках, які витягуються з окремих емісійних отворів.

2. Досліджено властивості самостійного розряду в об’ємі лінз зі стаціонарними електричним та магнітним полями та визначено його вплив на фокусуючі властивості.

Показано, що в результаті розвитку розряду в лінзі накопичуються електрони у кількості, порівнянній з тією, що необхідна для перекомпенсації середовища в лінзі в звичайному робочому режимі. Встановлено, що наявність середовища, сформованого розрядом, зумовлює істотне поліпшення фокусуючих властивостей лінзи, а саме: лінза працює більш стабільно, забезпечує більшу густину струму у фокусі і швидше входить у робочий режим.

3. Експериментально підтверджена можливість формування електронних вихорів у плазмовій лінзі:

на підставі виміряних розподілів електричних полів у центральному перерізі плазмової лінзи показано, що при інжекції іонного пучка та збудженні коливань потенціалу досить великої амплітуди в лінзі формуються вихори, у яких захоплені електрони обертаються з частотою, яка набагато перевищує як частоту обертання вихорів навколо вісі лінзи, так і частоту обертання електронів, не захоплених полем вихорів;

встановлено, що порушення умови поздовжнього утримання електронів призводить до обмеження максимальної амплітуди вихорів.

Отримані результати, зокрема збереження величини емітансу, низький рівень шумової модуляції пучка, а також високі коефіцієнти стискання відкривають можливість використання ПЛ у лініях транспортування сильнострумових лінійних прискорювачів важких іонів. Реалізація режимів роботи ПЛ зі збудженням електронних вихорів, у свою чергу, відкриває широкі можливості для фундаментальних досліджень такого роду структур у двокомпонентній іонно-пучковій плазмі, яка складається із замагнічених електронів і майже вільних іонів.

Публікації автора:

1. Chekh Yu., Goncharov A., Protsenko I., Brown I.G. Effect of the electrostatic plasma lens on the emittance of a high current heavy ion beam // Applied Physics Letters.- 2005.- Vol. 86, N 4.- P. 041502-041502.3.

2. Чех Ю.Н., Гончаров А.А., Проценко И.М.
   Возбуждение крупномасштабных электронных вихревых структур в плазменной линзе // Письма в ЖТФ.- 2006.- Т. 32, № 2.- С. 8-14.

3. Chekh Yu.M., Dobrovolsky A.M., Goncharov A.A., Protsenko I.M., Brown I.G. Compression of Large Area, High Current Ion Beams by an Electrostatic Plasma Lens // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms.- 2006.- Vol. 243, N 1.- P. 227-231.

4. Chekh Yu., Goncharov A., Protsenko I. Static and dynamic characteristics of plasma lens with modified magnetic field geometry // Review of Scientific Instruments.- 2004.- Vol. 75, N 5.- P. 1668-1670.

5. Chekh Yu., Goncharov A., Protsenko I. Influence of the Electrostatic Plasma Lens on the Emittance of a High Current Heavy Ion Beam // Питання атомної науки і техніки. сер. Фізика плазми (11).- 2005.- № 2. Р. 85-87.

6. Гончаров О.А., Проценко І.М., Чех Ю.М. Жевріючий розряд низького тиску у плазмових лінзах на постійних магнітах // Український Фізичний Журнал.-2005.- Т. 50, № 6.- C. 562-567.

7. Chekh Yu., Goncharov A., Protsenko I. Influence of the Electrostatic Plasma Lens on the Emittance of a High Current Heavy Ion Beam // Book of abstracts of the 10-th International Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion.- Alushta, (Ukraine), 2004. P. 114.

   Chekh Yu., Goncharov A., Protsenko I. Static and dynamic characteristics of plasma lens with modified magnetic field geometry // Book of abstracts of the 10-th International Conference on Ion Sources.- Dubna (Russia), 2003. P. 109.

   Chekh Yu., Goncharov A., Protsenko I. Peculiarities of static and dynamic processes in plasma lens on permanent magnets // Book of abstracts of International Conference on Physics of Low Temperature Plasma 11.16.129-p, Kyiv, 2003.