Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2016 - zeszyt 8

Symulacje PIC plazmy w źródle jonów ujemnych

10.15199/48.2016.08.44

Marcin TUREK

nr katalogowy: 100005
10.15199/48.2016.08.44

W artykule zaprezentowano bazujący na metodzie Particle-In-Cell model numeryczny plazmy w źródle jonów ujemnych. Omówiono wpływ napięcia ekstrakcyjnego na rozkład potencjału i gęstości składników plazmy. Zaobserwowano powstawanie bariery potencjału w pobliżu powierzchni emitującej jony H- , jak również nietypowy (mający dwa maksima) profil gęstości ładunku w ekstrahowanej wiązce jonów H-. Otrzymana na drodze symulacji krzywa prądowo-napięciowa ulega nasyceniu dla napięć ekstrakcyjnych powyżej 20 kV. Abstract. A Particle-In-Cell method based numerical model of plasma inside a negative ion source is presented. Influence of the extraction potential on the distributions of potential and plasma components inside the chamber is considered. A potential barrier neart the H- emitting surface is observed, as well as non-typical (characterised by two peaks) profile of the extracted H- beam. A saturation of the calculated current-voltage is observed for extraction voltages above 20 kV. (PIC simulations of plasma inside the negative ion source). Słowa kluczowe: źródła jonów ujemnych, symulacje komputerowe, metoda Particle-In-Cell Keywords: negative ion sources, computer simulations, Particle-In-Cell method. Wstęp Wytwarzanie wiązek jonów ujemnych o dużym natężeniu prądu jonowego [1] wydaje się być zadaniem niezwykle pilnym m.in. w świetle ich możliwego zastosowania w testowym reaktorze termojądrowym ITER. Systemy wstrzykiwania cząstek nienaładowanych (NBI - Neutral Beam Injection) o mocy rzędu dziesiątek megawatów [2] uznaje się za jedne z najefektywniejszych systemów grzania plazmy w tokamakach, zaś źródła jonów ujemnych H-/D- z wyładowaniem o częstości radiowej wyposażone w wielosiatkowy, wielootworowy system ekstrakcyjny [3] są jego zasadniczymi elementem. Symulacje komputerowe od wielu lat wspierają proces projektowania i optymalizacji źródeł jonowych. W ostatnich latach powstało wiele prac poświęconych modelowaniu źródeł jonów ujemnych i f[...]

Bibliografia

[1] Franzen P., Schiesko L., Froschle M., Wunderlich D., Fantz U. and the NNBI-Team, Magnetic filter field dependence of the performance of the RF driven IPP prototype source for negative hydrogen ions, Plasma Phys. Control. Fusion 53 (2011), 115006
[2] Hemsworth R., Tanga A., Antoni V., Status of the ITER neutral beam injection system, Rev. Sci. Instrum. 79 (2008), 02C109
[3] Speth E., Falter H.D., Franzen P., Fantz U. et al, Overview of the RF source development programme at IPP Garching Nucl. Fusion 46 (2006), 220
[4] Wunderlich D., Gutser R., Fantz U., PIC code for the plasma sheath in large caesiated RF sources for negative hydrogen ions, Plasma Sources Sci. Technol., 18 (2009) 045031
[5] Boeuf J.P., Claustre J., Chaudhury B., Fubiani G., Physics of a magnetic filter for negative ion sources. II. E × B drift through the filter in a real geometry, Phys. Plasmas 19 (2012), 113510
[6] Mochalskyy S., Lifschitz A.F., Minea T., Extracted current saturation in negative ion sources, J. Appl. Phys. 111 (2012), 113303
[7] Mochalskyy S., Lifschitz A.F., Minea T., 3D modelling of negative ion extraction from a negative ion source, Nucl. Fusion 50 (2010), 105011
[8] Taccogna F., Minelli P., Longo S., 3D modelling of negative ion extraction from a negative ion source Plasma Sources Sci. Technol. 22 (2013), 045019
[9] Wünderlich D., Gutser R., Fantz U., Influence of Magnetic Fields and Biasing on the Plasma of a RF Driven Negative Ion Source AIP Conference Proc. 925 (2007), 46
[10] Turek M., Sielanko J., Franzen P., Speth E., Influence of transversal magnetic field on negative ion extraction process in 3D computer simulation of the multi-aperture ion source, AIP Conference Proc. 812 (2006), 153
[11] Turek M., Sielanko J., Simulations of negative ion extraction from a multi-aperture ion source in the presence of the magnetic filter, Vacuum, 83 (2009), 256
[12] Sakurabayashi T., Hatayama A., Bacal M., Effects of a weak transverse magnetic field on negative ion transport in negative ion sources, J. Appl. Phys. 95 ( 2004), 3937
[13] Bacal, M. Bruneteau J., Devynck P., Method for Extracting Volume Produced Negative Ions, Rev. Sci. Instrum. 59 (1988), 2152
[14] Wünderlich D., Mochalskyy S., Fantz U., Franzen P. and the NNBI-Team, Modelling the ion source for ITER NBI: from the generation of negative hydrogen ions to their extraction, Plasma Sources Sci. Technol. 23 (2014), 015008
[15] Turek M., Symulacje transportu jonów H- wytworzonych poprzez jonizację powierzchniową Elektronika 52 (2011), vol.11, 64
[16] Hockney, R., Eastwood J., Computer Simulation Using Particles, Mir, Moscow, 1987
[17] Young D.M. Iterative methods for solving partial difference equations of elliptical type (PhD Thesis, Harvard University 1950)
[18] Swope W.C., Andersen H.C. et al., A computer simulation method for the calculation of equilibrium constants for the formation of physical clusters of molecules: Application to small water clusters J. Chem. Phys. 76 (1982), 637
[19] Ma S., Sydora R.D., Dawson J.M., Binary collision model in gyrokinetic simulation plasmas, Comp. Phys. Comm. 77 (1993), 190

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 100005 "Symulacje PIC plazmy w źr..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2016-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma