真空弧离子源的电阻触发工作方式.PDF

第37 卷 第1 期 核 技 术 Vol.37, No.1 2014 年1 月 NUCLEAR TECHNIQUES January 2014 真空弧离子源的电阻触发工作方式 郑 乐 蓝朝晖 龙继东 彭宇飞 李 杰 杨 振 董 攀 石金水 （中国工程物理研究院流体物理研究所 绵阳 621900 ） 摘要 介绍了真空弧离子源的一种电阻触发工作方式。有别于典型金属蒸汽真空弧(Metal vapor vacuum arc, MEVVA)离子源的触发工作方式，该方式不需要高压触发脉冲发生器和高压隔离脉冲变压器，简化了电源系统。 实验测量了采用电阻触法20−200 A 主弧电流下的引出离子流，结果表明离子流随主弧流增大。研究了不同阻 值触发电阻的起弧情况，实验结果表明在一定电阻阻值范围内，触发电阻越大，触发越难成功。电阻增大使 得触发时间增长，主弧上升沿变缓，但是对引出的离子流几乎没有影响。 关键词 真空弧，离子源，触发，离子流 中图分类号 TL503.3 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.010202 真空弧放电可以产生高密度与高电离态的等离 离子体；而后初始等离子体由于扩散使得阴阳极导 子体。早在第二次世界大战期间，作为曼哈顿工程 通；最后在阴阳极之间加载适当的主弧电压，产生 的一个组成部分，研究人员就曾经进行过利用弧光 电弧。该种方式被使用了很多年，在大部分金属材 放电的离子源以产生等离子体的试验[1] 。近年来， 料应用中较可靠。但这种高压闪络触发方式需要一 [2] 很多研究单位也陆续开展了这方面的研究工作 。 个高压脉冲放生器和一个高压隔离脉冲变压器，并 该种离子源应用范围较广，可以根据所用阴极材料 且需要考虑触发电压和主弧高压的同步叠加问题。 进行如下分类：使用金属电极的离子源，主要应用 如此一来，增加了离子源电源系统的复杂性和成本。 于材料表面改性以及高能物理研究中的金属离子注 本文主要介绍一种基于高压沿面放电，利用电阻来 入等方面；使用导电非金属电极（通常使用碳电极） 触发起弧的方式，这种方法可以简化电源系统。 的离子源，主要应用于金刚石薄膜沉积技术；使用 吸氢金属电极（吸氢金属一般使用Ti、Sc、Er 等） 的离子源，主要用于产生氢离子，应用于等离子体 Ion Extractor 枪和中子发生器。 Plasma 1 真空弧离子源的起弧方式 Anode Trigger 目前已有很多种方式来产生真空弧，常用方法 [3] [4−5] 有：高压真空击穿 、高压沿面放电 、激光触 Insulator Cathode [6−7] [8] 发 和低压起弧 等。他们的共同点都是要在一个 电极附近产生初始的等离子体，再通过初始等离子 体将阴阳极桥接上，使得阴阳极之间有大电流通过， Trigger Pulse Arc PFN