نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکدة فیزیک و مهندسی هسته‌ای، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

چکیده

امروزه انواع مختلفی از چشمه­های یونی توسعه پیدا کرده­اند که یکی از متداول­ترین آنها چشمة یونی پنینگ است. این چشمه با توجه به سادگی ساختار و طول عمر بالاتر نسبت به سایر چشمه­ها، بیشتر مورد توجه قرار می­گیرد. در این مقاله طراحی و شبیه‌سازی چشمة یونی پنینگ با استفاده از نرم‌افزار CST انجام و تأثیر عوامل مختلف روی باریکة یون خروجی از این چشمه بیان شده است. از بین چیدمان­های مختلف آهنربای دائمی دور چشمه، چیدمان دربرگیرندة حلقه­ای برای محصورسازی ذرات داخل چشمه مناسب‌تر است. بهترین پتانسیل آند، کاتد و الکترود استخراج هم به ترتیب 15+، 500- و 3000- ولت به دست آمده است. برای انتقال باریکه خروجی از سیستم استخراج، الکترودهای کند کننده و شتاب‌ دهنده مورد استفاده قرار گرفته­اند. در بخش متمرکزسازی باریکه نیز لنزهای تعلیقی عملکرد بهتری نسبت به لنزهای غوطه­ور دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and simulation of the parameters affecting the ion beam characteristics from a penning ion source

نویسندگان [English]

  • M Moslemipoorkani
  • E Ebrahimibasabi
  • M Sohani

Faculty of Physics and Nuclear Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran

چکیده [English]

Today, many different kinds of ion sources have been developed. One of the most important ones is the penning or PIG ion source. Due to its simplicity of structure and longer lifetime, these ion sources are more widely considered than other ones. In this paper, design and simulation of the parameters affecting the ion beam characteristics from a penning ion source are performed using the CST software. Among the various structures of the permanent magnet around the source, the circular arrangement is found to be better for the confinement of particles inside the source. The electric potential of the anode, the cathode and the extraction electrode are found to be 15+, -500 and -3000 Volt, respectively. The decelerator and accelerator electrodes are used as ion source extraction systems. In addition, in the beam transport systems, high efficiency focusing in Einzel lens is more than that of immersion lens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ion source
  • extraction system
  • electrostatic lens
  • CST software

  1. C L Ndlangamandla, “The design, development and fabrication of a Microwave Proton Ion Source at iThemba LABS”, M.Sc. Thesis, University of Zululand (2006).
  2. م مسلمی پورکانی، ا ابراهیمی بسابی و م سوهانی، "بررسی ترابرد باریکه یونی از یک چشمه یونی بر اساس لنزهای الکترواستاتیکی تعلیقی و منفرد" کنفرانس فیزیک ایران (1396).
    1. A V Sy, “Advanced Penning-type ion source development and passive beam focusing techniques for an associated particle imaging neutron generator with enhanced spatial resolution”, dissertation, University of California, Berkeley, (2013).
    2. Z Yang et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 685 (2012) 29.
    3. B K Das and A Shyam, Review of Scientific Instruments, 79, 12 (2008) 123305.
    4. L Jidong, Y Zhen, D Pan, H Xiaozhong, and Z Kaizhi, Nuclear Science and Techniques, 24, 4 (2013) 40201.
    5. J Yu, J Yan, Z Song, Z Wang, and W Zhao, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 531, 3 (2004) 341.
    6. W He et al., Review of scientific instruments, 77, 3 (2006) 03A330.
    7. Z Nouri, R Li, R Holt, and S Rosner, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 614, 2 (2010) 174.
    8. T Wang et al., Review of Scientific Instruments, 83, 6 (2012) 063302.
    9. Y H Yeon et al., “Development Study of Penning Ion Source for Compact 9 MeV Cyclotron”, Proceedings of Cyclotrons 2013, Vancouver, BC, Canada.
    10. ر صلحجو و همکاران، مجلة پژوهش فیزیک ایران ۱۵، ۲، ویژة نامه، تابستان ۱۳۹.
      1. W He et al., Review of Scientific Instruments, 77, 3 (2006) 03A330.
      2. M Abdelrahman et al., Chinese physics C 36, 4 (2012) 344.
      3. B A Soliman et al., Chinese Physics C 35, 1 (2011) 83.
      4. H Liebl, “Applied Charged Particle Optics”. Springer. Chapter 1 (2008).
      5. M Abdelrahman, Ain Shams Engineering Journal, 3, 1 (2012) 71.
      6. I G Brown, “The physics and technology of ion sources”, John Wiley & Sons (2004) Chapter 5.
      7. M Rashid, “Simple analytical method to design electrostatic einzel lens”, in Proceedings of the DAE Symp. On Nucl. Phys. 56, (2011) 1132.
      8. T Schenkel, Q Ji, A Persaud, and A V Sy, “Advanced penning ion source”, (2016), Patent 9,484,176; Other: 14/018,028 United States Other: 14/018,028 LBNL, English. Available: http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/1330706.
      9. م مسلمی پورکانی، "طراحی و شبیه‌سازی عوامل مؤثر بر خروجی یک چشمه یونی پنینگ"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود (1396).
      10. م مسلمی پورکانی، ا ابراهیمی بسابی، م سوهانی. "بررسی چیدمان­های آهنربای دائمی در چشمة یونی پنینگ"، سومین کنفرانس ملی شتابگرهای ذرات و کاربردهای آن (1396).
        1. T Kalvas, “Development and use of computational tools for modelling negative hydrogen ion source extraction systems”, Research report/Department of Physics, University of Jyväskylä (2013).

K D Basanta and Sh Anurag, Review of Scientific Instruments, 79 (2008) 123305.

تحت نظارت وف ایرانی