等离子体溅射阴极与材料迁移过程的研究

利用双空心阴极金属离子源（DUHOCAMIS），其大间隙磁镜场稳定箍缩管状空心阴极所包围的等离子体与阴极内表面构成离子-表面作用系统的便利条件，通过变化阴极的结构和材料，结合离子源有无离子束引出的两种情况，运用电镜、背散射等各种分析技术，分析比较各种等离子体条件下阴极内表面的形貌结构、元素组成与它们空间分布的变化，研究等离子体注入、溅射阴极与其物质再沉积和迁移过程。本项目将为研究提高阴极寿命、材料利用率和金属离子产额，改进空心阴极结构，研发DUHOCAMIS新结构提供物理依据；也将为了解磁约束聚变反应装置中面向等离子体的材料腐蚀，再沉积和物质迁移过程，尝试探索一种新的实验方法和体系。

本项目是“一种新型双空心阴极金属离子源研究”的二期项目。在执行一期项目基础上，进一步解决了灯丝、阴极等零部件的加工工艺，以及各电源耐压等级不够和高压平台远程控制问题；研究并安装了栅透镜来改善离子输运效率；分析器后增加了离子测量与辐照靶室，从而初步建成金属等离子体、金属离子束及其辐照应用的研究平台。实验研究了双空心阴极放电模式下的等离子体放电特征（放电电流与弧压、阴极功率、磁镜场强度、工作气体流量等关系），尤其是磁镜场强度的影响，并与潘宁放电模式进行比较，由此对双空心阴极金属等离子体放电特征作出了明确描述；利用栅透镜、磁分析器和靶室系统，通过引出离子束的离子谱测量加强了对其放电特征尤其磁场影响的认识；并且利用Cu+对石墨稀改性进行了初步实验。设计加工了包含外壁和内衬层双层结构的双空心溅射阴极及其阴极实验插件，为研究等离子体阴极溅射与其物质再沉积和迁移过程进行了初步实验。执行本项目为研究阴极溅射，改进空心阴极结构，提高阴极寿命、材料利用率和金属离子产额，开发双空心阴极金属离子源的优势及其新结构新应用提供新经验新知识。