Исследование плотности плазмы тета-пинча для применения в качестве ионного стриппера для проекта FAIR

Аннотация

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).