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논문 상세정보

중성입자 에너지 분석장치에서 전하교환용 탄소박막에 의한 수소원자의 에너지 손실특성

Energy Loss of Hydrogen Atom due to Charge Exchange in Neutral Particle Energy Analyzer

초록

플라즈마의 이온온도를 측정하기 위하여 전하교환체로 탄소박막을 이용한 $90^{\circ}$ 원통형 중성입자 에너지 분석기를 설계 제작하였다. Duoplasmatron을 이용하여 에너지 $0.5{\sim}3.0\;keV$ 수소이온에 대해 장치의 에너지 교정 및 에너지 분해능을 조사하였다. 에너지에 따른 정전편향판 전압과의 관계는 $E_{o}(keV)$=3.83V(kV) 였다. 에너지 분해능은 입사입자의 에너지가 3.0 keV 인 경우 약 2 %였으며, 에너지가 0.5 keV 일 때는 약 9 % 로 수소이온의 에너지가 증가함에 따라 향상되었다. 또한 전하교환체로 두께 $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ 사이의 탄소박막을 사용하여 입사 중성입자의 에너지와 탄소박막의 두께에 따른 에너지 교정, 에너지 손실 및 전하교환된 입자의 에너지 분해능을 측정하였다. 중성수소입자의 에너지($E_{o}$)는 탄소박막의 두께(${\mu}g/cm^{2}$)와 정전편향판 전압(kV)의 함수로 $E_{o}(keV)=(0.53d+4.4){\cdot}V(kV)$ 였다. 중성입자의 손실 에너지는 $0.5{\sim}3.0\;keV$ 사이의 입사입자 에너지와 $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ 사이의 탄소박막 두께에 따라 $0.23{\sim}0.89\;keV $ 였다. 손실에너지는 중성수소입자의 에너지와 탄소박막 두께의 함수로 ${\Delta}E=(0.12d+0.27){\cdot}{E_{o}}^{1/2}(keV)$ 였다. 전하가 교환된 입자의 에너지 분해능은 실험의 범위에서 $7{\sim}35\;%$였으며, 입사 중성입자의 에너지가 높을수록, 탄소박막의 두께가 얇을수록 향상되었다.

Abstract

A neutral particle energy analyzer, which has the carbon stripping foil and the $90^{\circ}$ cylindrical electrostatic deflection plate, was designed and constructed for measuring of ion temperature in plasma. The energy calibration and energy resolution were studied in detail for a hydrogen ion at the $0.5{\sim}3.0\;keV$ energy using a duoplasmatron ion source. An energy of hydrogen ion to the deflection plate voltage at the peak ion count rate could be fitted by the expression $E_{o}(keV)$=3.83V(kV). The measured energy resolution, which was about 2 % at the energy of 3.0 keV and 9 % at the energy of 0.5keV, was better for the increased hydrogen ion energy. For the charge exchanged hydrogen atom due to the carbon stripping foil, the energy calibration, energy loss and resolution were measured to the $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ thickness of the carbon stripping foil. An energy of the charge exchanged hydrogen atom as a function of the deflection plate voltage and carbon foil thickness could be fitted by the expression $E_{o}(keV)=(0.53d+4.4){\cdot}V(kV)$. The energy loss was $0.23{\sim}0.89\;keV $ to the $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ carbon foil thickness and the $0.5{\sim}3.0\;keV$ energy of the incident neutral hydrogen atom, it could be fitted by the expression ${\Delta}E=(0.12d+0.27){\cdot}{E_{o}}^{1/2}(keV)$. The measured energy resolution for the neutral hydrogen atom, which was between 7 % and 35 % in this experiment region, was increased for the increasing neutral hydrogen atom energy and the decreasing carbon stripping foil thickness.

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