Diseño de un banco de pruebas para un reactor de plasma de hidrógeno

Abstract

Las fuentes de iones son máquinas capaces de producir haces de partículas cargadas. Son equipos ampliamente utilizados en el ámbito industrial cuyas aplicaciones van desde la implantación iónica en semiconductores o los tratamientos médicos contra el cáncer a los motores de satélites conocidos como thrusters. La implantación iónica en materiales no conductores constituye, también, un amplio campo industrial en el que las fuentes de iones juegan un papel fundamental [1]. Todas las fuentes de iones generan un plasma físico del que luego se extraen los iones para formar un haz. Las características de este tipo de máquinas en cuanto a fiabilidad, eficiencia y reproducibilidad así como las características de los haces de partículas que se extraen de las ellas están íntimamente ligadas a los parámetros del plasma que generan y, éstos a su vez, dependen en gran medida del diseño ingenieril de la máquina. En este trabajo se muestra el diseño de un banco de pruebas construido con la finalidad de estudiar la influencia del diseño ingenieril de un reactor de plasma en las características del mismo y, en consecuencia, en las de los haces de partículas que del él puedan extraerse. El banco de pruebas, que se ha llamado TIPS: Test-bench for Ion Sources Plasma Studies, consiste un reactor de plasma de tipo ECR (Electron Cyclotron Resonance) que ha sido sometido a modificaciones estructurales importantes para dotarlo de la flexibilidad que un estudio experimental de ingeniería requiere. Palabras clave: reactor de plasma, ingeniería de fuentes de iones.

The ion sources are machines capable of producing beams of charged particles. They are widely used in the industrial field where their applications range from ionic implantation in semiconductors or medical treatments against cancer to satellite engines known as thrusters. Ionic implantation in nonconductive materials is also a large industrial field in which ion sources play a fundamental role [1]. All ion sources generate a physical plasma from which the ions are then extracted to form a beam. The characteristics of this type of machines in terms of reliability, efficiency and reproducibility as well as the characteristics of the particle beams extracted from them are closely linked to the parameters of the plasma they generate and those depend strongly of the engineering design of the machine. This paper shows the design of a test-bench built with the purpose of studying the influence of the engineering design of a plasma reactor on its characteristics and, consequently, on the particle beams that can be extracted from it . The test-bench, which has been called TIPS: Test-bench for Ion Sources Plasma Studies, consists of an ECR-type plasma reactor (Electron Cyclotron Resonance) that has undergone important structural modifications to give it the flexibility that an engineering experimental study requires