Исследование плотности плазмы тета-пинча для применения в качестве ионного стриппера для проекта FAIR
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2020.v75.i4.02Ключевые слова:
плазмы тета-пинча, FAIR, физика плазмы, ионный стрипперАннотация
Перевод ионов в более высокое зарядовое состояние имеет центральное значение для разработки новых ускорительных установок. Поэтому сравнительный анализ существующих альтернатив зачистки является актуальной темой. В настоящее время для увеличения зарядового состояния частиц используются в основном газовые и фольговые стрипперы. К сожалению, из-за своей низкой эффективности, как газовой мишенью или недолговечны как углеродные пленки. В отличие от этих методов, плазменная альтернатива имеет гораздо более высокую эффективность по сравнению с газовым стриппером и более длительный срок службы по сравнению со стриппером фольги [1-13]. Плазменная мишень была предложен для проекта FAIR (Установка для исследования антипротонов и ионов) в Дармштадте, Германия.
Для дальнейшего развития этой темы группа физики плазмы Института прикладной физики Франкфуртского университета исследует альтернативу плазменной ячейке с Z-пинчем. В процессе этой работы были исследованы различные прототипы и решения [4-6], [8], [11], [14-16]. В результате был определен оптимальный критерий зажигания для индуктивной плазмы, рассчитаны оптимальная геометрия разрядного сосуда, требуемая плотность частиц и температура плазмы. Были разработаны, изготовлены и испытаны различные конфигурации катушек. С некоторыми из них (сферический тета-пинч и сферический винтовой пинч) были проведены эксперименты на ионном ускорителе в Дармштадте.
Эта статья представляет текущее состояние плазменных стрипперов с полностью ионизованным водородом с одновременно высокими плотностями частиц в диапазоне примерно в несколько 1016 см-3 для FAIR. Распределения заряда после взаимодействия ионного пучка с плазмой были измерены и сравнены с распределением после взаимодействия ионного пучка с холодным газом. Как и ожидалось, эффективное состояние заряда после взаимодействия с плазмой было выше, чем после взаимодействия с газом (qp = 32,84 против qgas = 29,41).
Библиографические ссылки
2 W. Barth, J Radioanal Nucl Chem, 29 August, 1047-1053 (2013).
3 W. Cayzac, Ion energy loss at maximum stopping power in a laser-generated plasma, (Darmstadt: Technische Universität Darmstadt, 2013).
4 P. Christ et al, Study on a dense and high ionized plasma for ion beam stripping, (GSI-FAIR scientific report, 2017), 256 p.
5 G. Loisch, G. Xu, K. Cistakov, A. Fedjuschenko, M. Iberler, Y. Liu, T. Rienecker, A. Schönlein, F. Senzel, J. Wiechula et J. Jacoby, IEEE Transactions on Plasma Science, 42, 1163 (2014).
6 G. Xu et al., High Energy Density generated by Heavy Ion and Laser Beams, 17, (2014).
7 D. Hoffmann, Journal de Physique Colloques, 49, C7-159-C7-168 (1988).
8 M. Iberle et al., Development and Investigation of Pulsed Pinch Plasmas for The Application as FAIR Plasma Stripper, Part of Procs 7th Intern. Particle Accelerator Conference (IPAC 2016), 3 (2016).
9 J. Jacoby, Nuclear Instruments and Methods in Phys. Research B, 115, 7-13 (1996).
10 J. Jacoby, Physical Review Letters, 74, 1550 (1995).
11 G. Loisch, G. Xu, A. Blazevic, B. Cihodariu-Ionita et J. Jacoby, Physics of Plasmas 22, 053502 (2015).
12 T. Peter and J. Meyer-ter-Vehn, Physical Review, 43 (4), 2015 (1990).
13 V.P. Shevelko, N. Winkler, I. Yu et I.Y. Tolstikhina, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 377, 77 (2016).
14 C. Teske, J. Jacoby, F. Senzel and W. Schweizer, Phys. of Plasmas, 17, 043501 (2010).
15 C. Teske, Y. Liu, S. Blaes, and J. Jacoby, Physics of Plasmas, 19, 033505 (2012).
16 C. Teske and J. Jacoby, IEEE transactions on plasma science, 36 (4), 1930 (2008).
17 C. Fleurier, A. Sanba, D. Hong, J. Mathias and J. C. Pellcier, Journal De Physique Colloques, 49, C7, 141-149 (1988).
18 H. R. Griem, Plasma spectroscopy, McGraw-Hill, 1964.
19 B. Bohlender, A. Michel, J. Jacoby, M. Iberler and O. Kester, Physical Review Accelerators and Beams, 23, 13501 (2020).
