Characterisation of the electronic population in a plasma of electron cyclotron resonance ion source
Description
Two approaches have been developed to characterise the electronic population of an E.C.R.I.S. (Electron Cyclotron Resonance Ion Source): Experiments have been carried out on a source dedicated to plasma studies. The electron density, the plasma potential and the diamagnetism have been measured. These experiments show that the electron distribution function (EDF) is not Maxwellian: there are not enough collisions to thermalize the rf-heated electrons, so that a large tail of hot electrons appears in the EDF. As these energetic electrons have a long confinement time, they are responsible for the highly charged ions obtained in the E.C.R.I.S. On the other hand, a theoretical approach has been undertaken to obtain the electronic distribution. This thesis develops the physical phenomena which are responsible for the evolution of the EDF: the collisions between particles, the rf quasilinear interaction between the rf-wave and the electrons, and the ionisation of the ions or the atoms of the plasma are modelled. The equation obtained is solved numerically. Calculations show saturation phenomena of the electronic density and the absorbed power, which explains the limit of the present sources. The results are in good agreement with the experimental data. This thesis confirms that the EDF is not Maxwellian. The calculations give the EDF according to parameters which depend on the geometry of the source. For the first time the ultimate density which can be obtained in an E.C.R plasma has been investigated experimentally and derived theoretically. (author)
Abstract (French)
Cette these presente deux approches de caracterisation de la population electronique d'un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique. Des mesures effectuees sur une source dediee a l'etude du plasma ont permis de determiner la densite electronique, le potentiel plasma et le contenu energetique. L'ensemble de ces mesures a montre que la population electronique n'est pas une maxwellienne. Les collisions ne sont pas suffisantes pour thermaliser les electrons chauffes par l'onde H.F.. Il apparait donc une queue d'electrons tres energetiques dans la fonction de distribution electronique. Ces electrons energetiques dont le temps de vie est important sont responsables des bonnes performances et des hauts etats de charge obtenus dans ces sources d'ions a resonance cyclotronique electronique. La distribution des electrons peut egalement etre determinee a partir d'une approche theorique. Cette these developpe la mise en equation des phenomenes physiques qui regissent l'evolution de la population electronique: les collisions coulombiennes entre particules, l'interaction des electrons avec l'onde H.F. et l'ionisation des ions et atomes du plasma. L'equation etablie a ensuite ete traitee de facon numerique en effectuant un certain nombre d'hypotheses. Les resultats obtenus avec ces codes de calcul ont mis en evidence des phenomenes de saturation qui peuvent expliquer les limitations rencontrees par les sources d'ions actuelles. Ces resultats sont en accord avec les resultats experimentaux. Cette these a donc permis de confirmer le fait que la distribution en vitesse des electrons n'est pas une maxwellienne. Le code de calcul permet d'avoir la distribution des electrons en fonction de parametres d'entree lies a la geometrie de la source et aux reglages de fonctionnement. Pour la premiere fois, la densite electronique d'un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique a ete obtenue a la fois experimentalement et theoriquement. (l'auteur)Files
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- Original title (French)
- Caracterisation de la population electronique dans un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 183 p.
- Report number
- FRCEA-TH--9954
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 50044487
- Subject category
- S74: ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- DIAMAGNETISM; DISTRIBUTION FUNCTIONS; ECR ION SOURCES; FOKKER-PLANCK EQUATION; MULTICHARGED IONS; PLASMA; QUASILINEAR PROBLEMS
- Descriptors DEC
- CHARGED PARTICLES; DIFFERENTIAL EQUATIONS; EQUATIONS; FUNCTIONS; ION SOURCES; IONS; MAGNETISM; PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS
Optional Information
- Notes
- 35 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Also available from Bibliotheque universitaire de Sciences 915 avenue centrale Domaine universitaire 38400 Saint-Martin-d'Heres (France)