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本论文首次系统地研究了进行高电荷态ECR离子源引出束流品质与离子源各主要参数之间的内在关系以及在低能输运段的传输。研究表明,高电荷态离子一般在离子源轴线附近产生,其发射度比低电荷态离子束低。微波功率的变化会影响束流的发射度,较高的微波功率有利于高电荷态离子的产生,其亮度也会提高。离子源的引出磁场主要决定束流的发射度,磁场越高发射度越大;注入磁场、引出磁场、中间磁场和径向六级场的增加都有利于高电荷态离子的产生,其束流的亮度会相应的提高。适当的提高负偏压和掺气量,同样也有利于高电荷态离子的产生和束流亮度的提高。
本论文通过PIC(Particle In Cell)粒子模拟计算和实验研究,认为高电荷态ECR离子源引出束流的空间电荷效应、传输元件的像差和束流横向耦合等综合作用导致束流包络变大,使束流产生畸变,引起束流发射度的增长,导致束流品质变坏。在现有的传输线增加Glaser透镜的磁场,会使束流传输的包络减小,因而减小束流的像差和畸变,降低发射度的增长。鉴于束流传输存在的问题,建议将目前分析磁铁的偏转角度由110°改为90°,并采取空间电荷补偿和增加collimation系统等措施来提高束流的品质。最后计算和讨论了两种偏转角度的分析磁铁对束流品质的影响。更多的实验细节将在论文中详细讨论。