Temperature peaking at beginning of breakdown in 2.45 GHz pulsed off-resonance electron cyclotron resonance ion source hydrogen plasma

Abstract

Se presenta un estudio experimental de la evolución de la temperatura y la densidad durante la descomposición en plasma de hidrógeno ECR fuera de resonancia. Bajo pulsos de excitación de microondas cuadrados de 2,45 GHz con una frecuencia de 50 Hz y una potencia de microondas relativamente alta, se informan picos de temperatura transitorios inesperados que alcanzan 18 eV durante 20 μs al comienzo de la descomposición del plasma. Las desintegraciones de tales picos alcanzan temperaturas estables finales de 5 eV en el pulso de excitación de microondas de la parte superior plana. Se observa evidencia de la interacción entre la potencia entrante y el ciclo de trabajo que dan diferentes tipos de evoluciones de los parámetros del plasma relacionados con los tiempos de acoplamiento de microondas. En condiciones de potencia relativamente alta en las que se registran tiempos cortos de acoplamiento de microondas, se miden los picos de alta temperatura. Sin embargo, para potencias de entrada más bajas y tiempos de acoplamiento más largos, la temperatura evoluciona gradualmente a una temperatura final más alta sin llegar a un pico. Por otro lado, el instante temprano en el que se observan picos de temperatura también sugiere una posible conexión con los procesos de preflujo durante la descomposición en los plasmas ECRIS.

An experimental study of temperature and density evolution during breakdown in off-resonance ECR hydrogen plasma is presented. Under square 2.45 GHz microwave excitation pulses with a frequency of 50 Hz and relative high microwave power, unexpected transient temperature peaks that reach 18 eV during 20 μs are reported at the very beginning of plasma breakdown. Decays of such peaks reach final stable temperatures of 5 eV at flat top microwave excitation pulse. Evidence of interplay between incoming power and duty cycle giving different kind of plasma parameters evolutions engaged to microwave coupling times is observed. Under relative high power conditions where short microwave coupling times are recorded, high temperature peaks are measured. However, for lower incoming powers and longer coupling times, temperature evolves gradually to a higher final temperature without peaking. On the other hand, the early instant where temperature peaks are observed also suggest a possible connection with preglow processes during breakdown in ECRIS plasmas.