基于上海EBIT装置的激光离子源研制和相关等离子体研究

激光离子源（LIS：Laser Ion Source）是一种结构简单，维护方便的离子源，可以产生任意金属或非金属固体元素低价态离子，且产生的离子数量多，且离子束具有强烈的前向性，非常适合用作EBIT装置的初始离子源。但想要提高离子的注入效率还需要对激光产生的等离子体特性和LIS运行参数与EBIT运行参数之间的匹配问题进行深入的研究。且LIS在产生大量低价态离子的同时也会产生一定数量的固体团簇，有可能在离子注入过程中对EBIT的电子枪阴极造成致命伤害，需要采取适当的措施加以控制。本项目的目标是为上海EBIT研制一台安全高效的LIS，使之成为上海EBIT离子注入的主要手段。除了用于EBIT离子注入之外，LIS本身也将作为一个小型实验平台，用于考察激光功率密度与离子数密度和离子电荷态的关系，测量等离子体的角分布特性与发射度等参数的实验研究，探究激光产生的不同元素等离子体的特性。

激光离子源（LIS：Laser Ion Source）是一种结构简单、离子产量高且维护方便的离子源，主要由激光器及光路系统、真空靶室、离子束引出和聚焦系统三部分构成。本项目为上海EBIT装置建设了一套LIS系统，用于EBIT的初始离子注入，系统真空已达到设计指标。该系统的靶台上可同时放置3枚不同元素靶材，并能实现水平方向的二维手动调节以提高靶面利用率。引出栅极采用不锈钢丝网结构，离子透过率可达到90％以上。在离线测试过程中利用法拉第筒对Al、Fe、Cu等靶材的离子束波形进行了定量测量，初步分析了各种不同元素的离子束流特点。在此基础上从减少固体团簇影响的角度出发，结合EBIT对注入离子束的要求，测量了不同激光能量下的离子束流大小，以考察激光功率密度与离子数量的关系，并且测量了不同引出电压下距离靶面不同位置处的轴线附近Ф5mm范围内的离子束流大小，分析了各参量变化对离子数量的影响。摸索出适合上海EBIT初始离子注入的LIS运行参数，包括激光器的工作电压、焦点位置、引出电压、聚焦电压等参量。从离线测试的结果来看，该LIS产生的离子数量能够满足上海EBIT装置初始离子注入的需求。但由于本项目执行期间，上海EBIT装置的升级改造工作尚未完成，因此没有能够进行LIS的在线测试工作，没有获得在线测试的结果。目前上海EBIT装置的升级改造工作移完成，并于2013年初重新出束，我们力争在今年完成LIS的在线测试工作。