Experimental study of hydrogen plasma breakdown in a 2.45 GHz microwave discharge

Abstract

Resumen: 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.

Temporal evolution of microwave-plasma coupling, vacuum ultraviolet (VUV) light emission and plasma electron temperature and density is reported for a 2.45 GHz microwave hydrogen discharge pulsed at 50 Hz. Directional couplers, a VUV spectrometer and a Langmuir probe are used for the diagnostics of the plasma breakdown. A 5–10μs transient peak of light emission exceeding the steady-state intensity by a factor of 3.3 is observed in coincidence with an abrupt drop in the microwave electric field. Observed light emission intensities combined with cross section data indicate that the electron temperature during the breakdown transient exceeds the steady-state value of 4–6 eV by a factor 3, which is in good agreement with the Langmuir probe data. The estimated magnitude of the electron temperature transient corresponds well with the microwave-plasma coupling characteristics, indicating a drop of 30–40% in the electric field strength due to plasma damping.