[科普中国]-电子回旋共振源

结构

结构如图所示等离子体弧腔采用双层结构，用去离子水循环冷却，内径为7cm，长7cm。引出采用加速-减速电极系统，加速和减速间隙分别为6mm和3mm。产生的单电荷态离子先经过!6mm单孔等离子体电极，再通过吸极引出。吸极加负电位，它与地极之间的电场可阻止束流路径中的电子被反向加速至离子源内。工作气体通过微波窗旁两个进气孔进入腔体。1

原理在离子源腔体内，轴向磁场由永磁铁与三个辅助线包产生，当馈入微波频率与电子在磁场中的拉摩回旋频率相等时会产生共振，电子获得能量，从而使腔体内的工作气体电离形成等离子体。共振应满足：

式中

——电子回旋共振频率（GHz）；

——静磁场磁感应强度（T）。2

当为2.45GHz时，按上式，应为8.75X10-2T。实际在等离子体腔内，由于受到等离子体密度和回旋电子的去磁作用等因素的影响，电子会在为8.75X10-2T附近形成共振并吸热。

这是经典加热理论得出的结果，但对于低温等离子体的加热来说，所显示的许多趋势仍是正确的。

当电磁场沿磁场降低的方向向电子回旋共振区域传播时，非寻常波（X波）被反射，只有右旋极化波（R波）在这种条件下能到达电子回旋共振区域产生共振。

对电子回旋共振源来说，为了获得流强足够高的质子束，腔体中形成的是密度很高的非共振等离子体，约为1018—1020/m3。其等离子体密度远大于该频率下的经典的等离子体截止密度。

在该离子源中，腔体中的静磁场的磁感应强度大于BECR。在这种高磁场、高密度的等离子体区域中，电磁波以!角入射时，电子可以发生共振加速。3

应用电子回旋共振源选用采用永磁体技术，减小了源体体积，基本上免去了对线包及线包电源的要求，又进一步降低了离子源的造价。采用微波放电加热等离子体，离子源使用寿命较长，可以长期供应高品质、高强流的离子束。

这种强流型电子回旋共振源有着较为广泛的应用。它可以用来进行医学研究与疾病治疗。也可以用在材料改性、非金属表面沉积与镀膜、半导体的掺杂与蚀刻、辐照育种等方面。1