Experimental Study of Breakdown Time in a Pulsed 2.45-GHz ECR Hydrogen Plasma Reactor

Abstract

Un reactor de plasma de resonancia ciclotrónica de electrones (ECR) desarrollado en la Fuente Europea de Espalación de Bilbao ha sido operado en modo pulsado a 50 Hz para estudiar el proceso de avería dinámica mediante diagnósticos resueltos en el tiempo. Potencia inyectada, reflejada potencia, corriente de saturación de la sonda con polarización eléctrica y emisión de luz se midieron simultáneamente para tres magnéticos diferentes campos: bajo ECR, ECR y asimétrico sobre perfiles ECR. Gas La presión, la potencia y el ciclo de trabajo se han utilizado en un modelo paramétrico. estudiar la obtención de información sobre el acoplamiento de microondas (MW) y etapas de formación de plasma durante el proceso de descomposición. El estudio es relevante para los diseñadores que necesitan extraer pulsos de haz cortos de una fuente de iones 2,45 ECR para cualquier aplicación porque el total El tiempo de avería medido se define como correspondiente al alcance los parámetros plasmáticos en estado estacionario. Un modelo simple de residual Se propone la evolución de la densidad electrónica entre pulsos para describir el acoplamiento MW en función de la potencia entrante y los ciclos de trabajo.

An electron cyclotron resonance (ECR) plasma reactor developed at the European Spallation Source Bilbao has been operated in pulsed mode at 50 Hz to study the breakdown-process dynamics by time-resolved diagnostics. Injected power, reflected power, electrical-biased probe saturation current, and light emission were measured simultaneously for three different magnetic fields: under ECR, ECR, and asymmetric over ECR profiles. Gas pressure, power, and duty cycle have been used in a parametric study obtaining information about microwave (MW) coupling and plasma formation stages during the breakdown process. The study is relevant for designers that need to extract short beam pulses from a 2.45 ECR ion source for any application because the total breakdown time measured is defined as corresponding to reach the steady-state plasma parameters. A simple model of residual electron density evolution between pulses is proposed to describe the MWcoupling as a function of incoming power and duty cycles.