Published November 1971 | Version v1
Book

The Formation of Plasma by Injection and Dissociation of Accelerated Hydrogen ''Granions''

  • 1. Association EURATOM-CEA, CEN, Fontenay-aux-Roses (France)

Description

The INGRA experiment is an experimental study of the formation of a hot-ion plasma (Ti ≃ 1.5 keV) by the injection, dissociation and capture of a beam of accelerated hydrogen ''granions'' in a magnetic configuration. The granions are agglomerates of hydrogen atoms with one or more positive electric charges. The accelerator is described in the paper. The neutral agglomerates (granules) produced in a supersonic jet of hydrogen, previously cooled to the region of the liquefying temperature, are charged by electron bombardment and accelerated to 600 kV by an electrostatic potential difference. Mass analysis of the accelerated beam is carried out by means of a magnetic separator, which can be used for analysing mass/charge numbers N/Z up to 10 000 at 600 keV. Using an 0.3 x 4 mm capillary nozzle, one can obtain in the continuous régime a beam of the order of 70 mA equivalent (4 x 1017 atoms/s), whose mass spectrum is very broad and hasa maximum N/Z close to 100, corresponding at 600 keV to an energy of 6 keV/atom. A definite increase in the beam intensity can be obtained by increasing the pressure upstream of the expansion at the same time as the capillary temperature. There is also an increase in the granule size; the electron density in the ionizer must then be increased to bring the mean mass of the granions to the values of interest (N/2 ≃ 100 to 500). To take into account the reduced mean mass in the ionizer, the authors propose a model which assumes that when an electron ionizes a granion that has already been singly charged, the granion dissociates spontaneously by electrostatic repulsion into two granions of complementary mass, each with a charge, in a process of the following type: H+N + e -> HN++ + H+(1-f)N + 2e with 0 < f < 0.5 With each value of f is associated a probability p(f). The calculations based on this model for different forms of p(f) with an iom'zation cross-section proportional to N2/3 are in good agreement with experimental results. (author). (author)

Abstract (French)

L'expérience INGRA a pour but l'étude expérimentale de la formation d'un plasma d'ions chauds (Ti ≃ 1.5 keV) par injection, dissociation et capture dans une configuration magnétique d'un faisceau de granions d'hydrogène accélérés. Les granions sont des agglomérats d'atomes d'hydrogène portant une ou plusieurs charges électriques positives. L'accélérateur est décrit dans la communication. Les agglomérats neutres (granules) produits dans un jet supersonique d'hydrogène préalablement refroidi au voisinage de la température de liquéfaction sont chargés par bombardement électronique puis accélérés jusqu'à 600 kV par une différence de potentiel électrostatique. L'analyse en masse du faisceau accéléré est faite à l'aide d'un séparateur magnétique qui permet l'analyse jusqu'à des nombres de masse par charge élémentaire N/Z de 10 000 a 600 keV. Avec une buse capillaire de 0,3 x 4 mm, on obtient en régime continu un faisceau de l'ordre de 70 mA équivalent (4 x 1017 atomes/s) dont le spectre de masse très étalé possède un maximum au voisinage de N/Z = 100 ce qui correspond à 600 keV à une énergie de 6 keV/atome. Il est possible d'accroître nettement l'intensité du faisceau en augementant la pression en amont de la détente en même temps que la température de la buse. Il y a aussi augmentation de la taille des granules; il faut alors augmenter la densité électronique dans l'ioniseur pour ramener la masse moyenne des granions aux valeurs intéressantes (N/2 ≃ 100 to 500). Pour rendre compte d e cette diminution de la masse moyenne dans l'ioniseur, on propose un modèle qui suppose que lorsqu'un électron ionise un granion monochargê, par suite de la répulsion électrostatique, le granion se dissocie spontanément en deux granions de masse complémentaire emportant chacun une charge, suivant un processus du type H+N + e -> HN++ + H+(1-f)N + 2e avec 0 < f < 0.5 A chaque valeur de f est associée une probabilité p(f). Les calculs faits a partir de ce modèle pour différentes formes de p(f) et avec une section efficace d'ionisation proportionnelle à N2/3 sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. (author)
Part of:
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1971. Vol. II. Proceedings of the Fourth International Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Formation de Plasma par Injection et Dissociation de Granions d'Hydrogene Acceleres

Publishing Information

Publisher
IAEA
Imprint Place
Vienna (International Atomic Energy Agency (IAEA))
Imprint Title
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1971. Vol. II. Proceedings of the Fourth International Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research
Imprint Pagination
776 p.
Series
Proceedings Series
Journal Page Range
p. 585-593
ISSN
0074-1884

Conference

Title
4. international conference on plasma physics and controlled nuclear fusion research
Dates
17-23 Jun 1971
Place
Madison, WI (United States)

INIS

Country of Publication
International Atomic Energy Agency (IAEA)
Country of Input or Organization
International Atomic Energy Agency (IAEA)
INIS RN
44082612
Subject category
S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY;
Resource subtype / Literary indicator
Conference
Descriptors DEI
ACCELERATORS; BEAM INJECTION; CAPILLARIES; CAPTURE; CROSS SECTIONS; DISSOCIATION; ELECTRIC CHARGES; ELECTRON BEAMS; ELECTRON DENSITY; ELECTRONS; HOT PLASMA; HYDROGEN; KEV RANGE; LIQUEFACTION; MAGNETIC FIELD CONFIGURATIONS; MAGNETIC SEPARATORS; MASS SPECTRA
Descriptors DEC
BEAMS; BLOOD VESSELS; BODY; CARDIOVASCULAR SYSTEM; CONCENTRATORS; ELEMENTARY PARTICLES; ELEMENTS; ENERGY RANGE; FERMIONS; LEPTON BEAMS; LEPTONS; NONMETALS; ORGANS; PARTICLE BEAMS; PLASMA; SPECTRA; THERMOCHEMICAL PROCESSES

Optional Information

Notes
9 refs., 5 figs. Imprint:In three volumes
Secondary number(s)
IAEA-CN--28/G-2