ИЗМЕНЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОСТАВА КОМПОНЕНТОВ В ИОННОМ МНОГОКОМПОНЕНТНОМ ПУЧКЕ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ СИЛЬНОТОЧНОГО ДИОДА

Г. Н. Колесов, А. Е. Дубинов

Аннотация


Актуальность. Важная проблема масс-спектроскопии заключается в точном определении количества ионов различных сортов в исследуемом веществе, которое претерпело изменения после прохождения сильноточного ионного диода. Цель работы – установить закономерности изменения относительного состава компонентов многокомпонентного ионного пучка при прохождении ионного диода. Материал и методы. Проведено самосогласованное компьютерное моделирование ионного диода с помощью электромагнитного кода КАРАТ (на базе метода particle-in-cell – разновидности метода крупных частиц). Использован режим ограничения тока пространственным зарядом для корректного измерения состава компонентов многокомпонентного ионного пучка при помощи масс-спектроскопии. Результаты и обсуждение. Установлено существенное изменение относительного количества ионов различных сортов на коллекторе сильноточного ионного диода по сравнению с концентрациями на его эмиттере. Предложен корректирующий множитель, компенсирующий выявленное изменение: если ионный диод в масс-спектрометре работает в режиме ограничения тока пространственным зарядом, то для определения относительных концентраций сортов ионов в ионном облаке следует корректировать амплитуды пиков на масс-спектре на величину √μi . Заключение. Полученные результаты имеют важное значение для интерпретации результатов измерений в количественной масс-спектроскопии, а также для определения эффективности разделительных установок.

Ключевые слова


количественная масс-спектрометрия, ионный диод, ионный пучок, particle-in-cell simulations, самосогласованное моделирование, методом частиц в ячейках, корректирующий множитель, код КАРАТ

Полный текст:

PDF

Литература


Koch J., Dawton R.H.V.M., Smith M.L., Walcker W. Electromagnetic isotope separators and applications of electromagnetically enriched isotopes. Amsterdam: N-Holland Publ. Corp., 1958, 314 p.

Изотопы: свойства, получение, применение. Под ред. В.Ю.Баранова: в 2 т. Т. 1. М.: Физматлит, 2005, 600 с. 3. Becker J.S. Inorganic mass spectrometry. Principles and applications. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2007, 496 p.

Benedikt J., Hecimovic A., Ellerweg D., von Keudell A. Quadrupole mass spectrometry of reactive plasmas. – J. Phys. D: Appl. Phys., 2012, v. 45, № 40, p. 403001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/40/403001

Пожаров С.Л., Хабибуллаев П.К. Диагностика ионного состава плазмы. Ташкент: Фан, 1987, 160 с. 6. Gillson G.R., Douglas D.J., Fulford J.E. et al. Nonspectroscopic interelement interferences in inductively plasma mass spectrometry coupled. – Anal. Chem., 1988, v. 60, № 14, p. 1472–1474. https://doi.org/10.1021/ac00165a024

Li G., Duan Y., Hieftie G.M. Space-charge effects and ion distribution in plasma source mass spectrometry. – J. Mass Spectrometry, 1995, v. 30, № 6, p. 841–848. https://doi.org/10.1002/jms.1190300609

Дубинов А.Е., Мытарева Л.А., Сайков С.К., Селемир В.Д. Оптимальный ток пучка ионов в установках разделения изотопов электромагнитным методом. – Атомная энергия, 2013, т. 114, вып. 3, с. 169–170. https://elibrary.ru/pyahsf

Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972, 304 с. 10. Форрестер А.Т. Интенсивные ионные пучки. М.: Мир, 1992,358 с.

Ignatov A.M., Tarakanov V.P. Squeezed state of high-current electron beam. – Phys. Plasmas, 1994, v. 1, № 3, p. 741–744.https://doi.org/10.1063/1.870819

Донец Е.Д., Донец Е.Е., Сыресин Е.М. et al. Нелинейная динамика продольных структур в электронном облаке коаксиального электронно-струнного ионного источника. – Журнал технической физики, 2011, т. 81, № 5, с. 103–110. https://elibrary.ru/rcubef

Dubinov A.E., Tarakanov V.P. PIC simulation of a two-foil vircator. – Laser and Particle Beams, 2017, v. 35, № 2, p. 362–365. https://doi.org/10.1017/S0263034617000283

Ginzburg N.S., Rozental R.M., Sergeev A.S. et al. Generation of rogue waves in gyrotrons operating in the regime of developed turbulence. – Phys. Rev. Lett., 2017, v. 119, № 3, p. 034801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.034801

Kurilenkov Yu.K., Oginov A.V., Tarakanov V.P. et al. Protonboron fusion in a compact scheme of plasma oscillatory confinement. – Phys. Rev. E, 2021, v. 103, № 4, p. 043208. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.103.043208

Dubinov A.E., Kolesov H.N., Tarakanov V.P. Relativistic multivircator with two magnetic mirrors on underlimit electron beam: concept and PIC-simulation results. – IEEE Trans. Plasma Sci., 2022, v. 50, № 11, p. 4589–4595. https://doi.org/10.1109/TPS.2022.3214995

Дубинов А.Е., Колесов Г.Н., Селемир В.Д., Тараканов В.П. Магнитоизолированный виркатор с магнитной пробкой на допредельном электронном пучке: особенности динамики пучка и сверхвысокочастотные характеристики. – Радиотехника и электроника, 2023, т. 68, № 5, с. 492–497. https://elibrary.ru/uhunpv https://doi.org/10.31857/S0033849423050078

Dubinov A.E. A particle-in-cell simulation of a process of avalanche developing at a non-completed sliding discharge. – Plasma Sources Sci. Technol., 2000, v. 9, № 4, p. 597–599. https://doi.org/10.1088/0963-0252/9/4/316

Барабанов В.Н., Дубинов А.Е., Лойко М.В. и др. Пучковый разряд, возбуждаемый распределенным виртуальным катодом. – Физика плазмы, 2012, т. 38, № 2, с. 189–199. https://elibrary.ru/optfpb

Dubinov A.E., Tarakanov V.P. PIC/MC-simulation of helium ionization by a relativistic electron beam with a distributed virtual cathode. – IEEE Trans. Plasma Sci., 2021, v. 49, № 3, p. 1135–1141. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3055361

Kralkina E.A., Nekludova P.A., Nikonov A.M. et al. Mutual influence of the channels in a combined discharge based on the RF inductive and DC discharges. – Vacuum, 2022, v. 198, № 1, p. 110873. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.110873

Kolesov H.N., Dubinov A.E. PiC/MC-simulation of a lowpressure discharge in helium initiated by a relativistic electron beam in a coaxial chamber with a magnetic cusp. – Vacuum, 2024, v. 222, № 1, p. 112932. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112932

Дубинов А.Е., Селемир В.Д. Электронные приборы с виртуальным катодом. – Радиотехника и электроника, 2002, т. 47, № 6, с. 645–672.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.