Spider Ion Source and Extraction Power Supplies -- An update of the design after four years of operation
本文基于SPIDER离子源四年运行经验，重新评估ISEPS中偏置电源的设计要求，提出将其从单象限谐振变换器改为四象限运行并将额定输出电压提高一倍。
2023-04-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
First results from beam emission spectroscopy in SPIDER negative ion source
本文介绍了SPIDER负离子源中BES诊断系统的设置及首批实验结果，在无铯条件下表征了氢束特性，发现多普勒频移辐射强度与束流电流和发散度强相关，并研究了电压对束流偏转的补偿作用。
2023-04-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Faraday shield dissipation in the drivers of SPIDER based on electromagnetic 3D calculations
本文利用 SPIDER 射频场的三维电磁计算，量化有/无静态磁过滤场时铜制法拉第屏蔽侧壁的功率耗散，发现其吸收约 50% 可用功率，并指出改善输运约束可提升效率。
2024-09-09 physics.plasm-ph
Modeling and design of a BES diagnostic for the negative ion source NIO1
Consorzio RFX和INFN-LNL正在建造一个灵活的小离子源（NIO 1），能够产生约130 mA的H-离子，加速到60 KeV。实验的目的是测试和开发天基信息平台和MITICA仪器，这两种仪器分别是负离子源和整个中性束注入器的原型，将在热核实验堆实验中运行。与SPIDER和MITICA一样，NIO 1将使用束发射光谱仪（BES）进行监测，BES是一种基于高能离子与背景气体相互作用产生的$H_α$发射光谱分析的非侵入性诊断。北京谱仪的目的是监测离子束的方向、发散和均匀性。这些测量的精度取决于与负离子的产生和加速的物理学、束的几何形状和收集光学器件相关的许多因素。这些元素被认为是在一组代码开发，以确定配置的诊断，最大限度地减少测量误差。该模型已用于设计北京谱仪对天基信息平台和MITICA的诊断。本文介绍了该模型，并描述了它的应用设计的BES诊断在NIO 1。
2022-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
2D electromagnetic simulations of RF heating via inductive coupling in the SPIDER device
本研究对SPIDER装置中感应耦合射频加热进行二维电磁模拟，发现需在强射频磁场区域降低电导率才能匹配实验数据，首批驱动器功率传输效率约50%。
2023-05-16 physics.plasm-ph
Overview on electrical issues faced during the SPIDER experimental campaigns
本文概述了ITER加热中性束注入器离子源全尺寸原型SPIDER在前3年运行中遇到的电气问题，介绍了通过建模和实验分析理解现象、短期修改的有效性及长期解决方案的设计原则。
2023-04-05 physics.ins-det physics.plasm-ph
Design and preliminary operation of a laser absorption diagnostic for the SPIDER RF source
ITER加热中性束（HNB）注入器需要从H-/D-负离子的中性束向等离子体提供16.7 MW的功率，该离子束由RF源产生并加速至1 MeV。为了增强H-/D-的产生，加速系统栅格的面向源（等离子体栅格）的表面将涂覆有Cs，因为其功函数低。铯将在放射源中通过特定的炉进行常规蒸发。监测铯的蒸发速率和铯在源内的分布是ITER热核实验装置获得预期性能的基础。为了正确设计ITER HNB的源并确定其最佳操作实践，在Consorzio RFX的中性束测试设施中开发并建造了原型RF负离子源SPIDER。将在天基信息平台上安装激光吸收光谱诊断仪，以便对铯密度进行定量估计。利用波长可调谐激光器，测量了平行于等离子体栅面和靠近栅面的4条视线上852 nm谱线的吸收谱，并由此测量了Cs在基态的谱线积分密度。这种诊断SPIDER的设计，详细的布局和关键部件。初步安装的诊断Cs炉的测试台上也进行了描述，连同其第一次实验结果;收集的测量上的基态人口减少的影响进行了讨论和部分校正。
2022-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct current measurements of the SPIDER beam: a comparison to existing beam diagnostics
本文在SPIDER束源上使用新型子束电流监测器（BCM）直接测量单个子束电流，并与AGPS电学测量和STRIKE诊断进行比较，发现BCM与STRIKE电学测量吻合良好，而AGPS会高估束流。
2023-05-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Alternative solutions to caesium in negative-ion sources: a study of negative-ion surface production on diamond in H 2 /D 2 plasmas
本文研究了低压H_2/D_2等离子体中金刚石表面H ~-/D ~-负离子的产生。放置在等离子体中的样品相对于等离子体电势负偏置。当正离子撞击样品时，会形成一些负离子，并通过放置在样品前面的质谱仪根据它们的质量和能量进行检测。介绍了研究负离子表面产生和获得负离子能量和角度分布函数的实验方法。不同的金刚石材料，从纳米晶到单晶层，无论是掺杂硼或本征，然后研究和石墨相比。得到的负离子产率作为不同的实验参数的函数，如曝光时间，样品偏置确定的正离子的冲击能量和样品表面温度。从这些实验中可以得出结论，金刚石材料的电子性质，其中的负电子亲和势，似乎是有利于负离子的表面生产。然而，负离子产额随着等离子体感生缺陷密度的增加而降低。
2019-10-11 physics.plasm-ph
Negative-ion surface production in hydrogen plasmas: Determination of the negative-ion energy and angle distribution function using mass spectrometry
本工作主要研究低压H_2/D_2等离子体中表面负离子的产生机理。负离子在相对于等离子体电势负偏置的HOPG样品（高取向热解石墨）上产生。在正离子轰击下产生的负离子被加速朝向等离子体，自提取并由放置在样品前面的质谱仪根据其能量和质量进行检测。测量的负离子能量分布函数（NIEDF）的形状与由样品发射的离子的NIEDF的形状显著不同，因为质谱仪的有限的接收角。为了获得有关产生机制的信息，我们提出了一种方法来获得由样品发射的负离子的能量和角度分布函数（NIEADF）。它是基于先验确定的NIEADF和后验验证的选择比较的建模和实验NIEDF。
2019-11-25 physics.plasm-ph
Impact of positive ion energy on carbon-surface production of negative ions in deuterium plasmas
本工作的重点是生产负离子的石墨和金刚石表面的正离子轰击在低压（2帕）低功率（20 W）电容耦合氘等离子体。将样品放置在质谱仪对面并负偏压，使得表面产生的负离子可以从等离子体中自提取并由质谱仪测量。质谱仪处的负离子计数与样品表面处的正离子电流之间的比率定义了相对负离子产率。分析了在10-60 eV范围内负离子产率与正离子能量的变化。当正离子撞击能量增加时，金刚石表面的负离子产率降低，而石墨表面的负离子产率则大幅增加。这种增加归因于20和40 eV之间的溅射机制的开始，其产生由质谱仪有效收集的相当低能量的负离子。同样的机制发生在金刚石上，但由于缺陷的产生和金刚石电子特性的损失，电离概率大大降低。
2020-07-28 physics.plasm-ph
Ion-acoustic solitary waves and shocks in a collisional dusty negative ion plasma
本文研究了离子-尘埃碰撞和离子运动粘度对含静止带电尘埃的负离子等离子体中线性离子-声不稳定性以及小振幅孤立波和激波的非线性传播的影响。{The在碰撞负离子等离子体中存在两种线性离子模，即“快”波和“慢”波，并分析了它们的性质。{利用标准约化微扰技术，导出了描述小振幅慢波系统演化的修正Korteweg-de Vries-Burger（KDVB）方程。} {The后者的分布用与实验室和空间等离子体有关的参数进行了数值检验，在这些空间中，带电尘埃可能带正电或负电。研究发现，含有正电荷尘埃的负离子等离子体支持负电位慢波的传播。当粉尘带负电时，正负电位扰动可能同时存在。这些结果对于实验室负离子等离子体中慢波激发以及空间等离子体中带电尘埃带正电荷和负电荷的观测都有一定的参考价值。
2012-11-18 physics.plasm-ph
Passage of an ion-acoustic solitary wave through the boundary between an electron-ion plasma and a negative ion plasma
本文研究了离子声孤立波通过电子-离子等离子体和负离子等离子体边界的问题。当离子声孤波进入另一个等离子体区域后，会产生扰动，随着时间的推移，会形成离子声孤波和振荡链。通过边界后的离子声孤立波的振幅的变化，以这样的方式，它的值在电子-离子等离子体大于它的值在负离子等离子体。一个例外是压缩离子声孤立波传播通过负离子等离子体的情况下，并具有超过电子-离子等离子体中的临界振幅的振幅。这样的离子声孤波，当进入电子离子等离子体时，释放过量的能量来加速正离子，从而将其振幅降低到临界值以下。确定了边界穿越后建立的离子声孤立波的振幅对初始振幅的依赖关系。考虑离子声孤立波通过被电子离子等离子体包围的负离子等离子体层的情况。结果表明，从负离子等离子体到电子-离子等离子体的稀疏离子声孤立波的通道引起扰动，其中可以观察到加速和捕获的负离子。
2020-05-12 physics.plasm-ph
Polarized Negative Ion Source with Multiply Sphericaly Focusing Surface Plasma Ionizer
提出了一种通用H-/D-离子源设计，其结合了极化离子源领域中的最先进发展，以提供具有>90%极化和改进的寿命、可靠性和功率效率的高电流高亮度离子束。该新光源利用铯表面与等离子体相互作用产生的负离子通过多球形负离子聚焦元件对极化中性原子进行高效共振电荷交换电离。负离子的多球聚焦强烈抑制了非极化H-/D-离子的寄生产生。通过将离解器和等离子体发生器的新的和新颖的设计与多球聚焦并联，该设计可以抑制来自偏振束的粒子的吸附和去偏振，大大改善了当前概念的性能。
2018-08-17 physics.plasm-ph
Kadomtsev-Petviashvili (KP) Burgers equation in dusty negative ion plasmas: Evolution of dust-ion acoustic shocks
研究了由电子、正负离子和带负电的静止尘埃颗粒组成的非磁化尘埃等离子体中尘埃离子声（DIA）孤波的非线性传播。从包含离子热压力和运动粘度的流体动力学方程组出发，采用标准的约化微扰方法，导出了控制DIA激波演化的Kadomtsev-Petviashivili Burgers（KPB）方程。得到了KPB方程的定态解，并分析了它在不同等离子体数密度、离子温度和质量下的性质。结果表明，从负势激波到正势激波的转变取决于等离子体中的负离子浓度和DIA波传播的稳定性。
2014-11-20 physics.plasm-ph
Explanation for the development of surface -plasma method of negative ion production in BINP and around the World
该研究阐述了电荷交换离子注入圆形加速器与储存环的发展，以及布德克尔核物理研究所和全球范围内负离子产生的表面等离子体方法的发展情况。
2025-04-18 physics.plasm-ph
Fluctuation-phase relation between positive and negative ions on pair-plasma electrostatic waves
在由等质量正、负富勒烯离子组成的对离子等离子体中，首次观察到三种静电模沿磁力线传播.发现正负离子密度涨落之间的相位滞后随频率的变化范围为0 ~ $π$，在离子声波和离子等离子体波的情况下，相位滞后分别固定在$π$。此外，在声波和等离子体波之间的中频带中出现了一个新的模式，其相位滞后约为$π$。
2004-10-20 physics.plasm-ph
Measure of negative ion density in a large negative ion source using Langmuir probes
本文提出一种考虑探针形状与磁场拓扑的收集面积拟合方法，利用 SPIDER 等离子体栅极中的 Langmuir 探针测量脉冲期间正离子、负离子和电子密度，并通过四探针阵列获得参数垂直剖面。
2023-07-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental verification of Boltzmann equilibrium for negative ions in weakly collisional electronegative plasmas
在直流多偶极室中研究了Ar-O_2弱碰撞电负性等离子体。观察到一个带负电的核和一个带正电的晕。非漂移体中负离子与电子的密度比（α）为0.43。利用离子声波的相速度和激光诱导荧光法测得的正离子的漂移速度，得到了α的分布。实验表明负离子处于玻尔兹曼平衡，温度为0.06 \pm 0.02 eV。在负电性核和正电性晕之间没有发现双层结构。
2012-03-25 physics.plasm-ph
Negative-hydrogen-ion production from a nanoporous 12CaO $\cdot$ 7Al2O3 (C12A7) electride surface
在氢/氘低压等离子体中，从纳米多孔C12 A7氧化物表面观察到负氢离子的高产生率。靶在10-170 V下负偏压，并且靶表面被来自等离子体的H3 +离子轰击。生产率比清洁钼表面高1-2个数量级。测量的H-能谱表明，主要的生产机制是通过溅射解吸。这种材料有可能用作加速器的无铯负离子源的生产表面，核聚变中的加热束，以及工业应用的表面改性。
2019-11-25 physics.plasm-ph
Addressing the anomalies in determining negative ion parameters using electrostatic probes
负离子密度和温度是量化负电性放电特性所必需的两个基本参数。然而，确定这些参数的装置的静电探针可以是相当具有挑战性的，因为固有的不准确性涉及确定的电子/离子饱和电流，电子温度和等离子体电位，这依赖于电荷粒子收集的探针表面;以及鞘层模型，最初开发的理想的碰撞少等离子体。本文简要回顾了与这些基本方法相关的各种限制，并提出了有用的手段来纠正在确定基于静电探针的负离子参数的异常。
2021-09-20 physics.plasm-ph
Negative ion radio frequency surface plasma source with solenoidal magnetic field
本文描述了螺线管磁场负离子射频表面等离子体源的脉冲和连续工作。给出了束流与射频功率、引出电压、螺线管磁场、气体流量的关系。提出了一种紧凑型射频SPS的设计方案。
2018-08-17 physics.plasm-ph
Charge-exchange measurements of high-energy fast ions in LHD using negative-ion neutral beam injection
本研究在LHD上采用新视线几何结构的FIDA诊断，利用180 keV切向负离子中性束作为主动源，实现了高能快离子的测量，并通过FIDASIM和GNET代码验证了信号的可靠性。
2024-11-15 physics.plasm-ph
Physical Processes in Compensated Negative-Ion Beams and Related Beam Transport Problems
本文综述了补偿负离子束物理过程的理论和实验研究现状。一位作者在参考文献[1]中发表了先前的综述。本文综述了负离子束稳态电场数值计算的最新结果和低气压下抑制离子-离子不稳定性的实验研究的最新结果。与文献[1]一样，本文讨论了补偿束物理学的三个主要问题：1）稳定束中的空间电荷补偿; 2）离子源中等离子体不稳定性引起的束流调制引起的空间电荷动态补偿; 3）集体过程。在这篇评论中提出的结果，使一个确定如何非补偿空间电荷，非共振振荡的束流，和集体振荡的离子束等离子体的影响束的传播特性。利用这些信息，可以确定最佳的离子传输参数。
2006-09-14 physics.plasm-ph
Ion-acoustic shock waves in magnetized pair-ion plasma
本文对三分量磁化等离子体中斜传播的离子声冲击波进行了理论研究。利用约化摄动法导出了Burgers方程。我们的等离子体模型支持的非广泛的电子的考虑下，积极和消极的冲击结构。研究发现，正、负冲击波势随外加磁场引起的斜角（$δ$）的增大而增大。正、负激波的振幅大小不受离子运动粘度的影响，但正、负激波的陡度随离子运动粘度的增加而减小。我们的研究结果在空间和实验室等离子体的影响进行了简要讨论。
2021-02-16 physics.plasm-ph
Study of Gasdynamic Electron Cyclotron Resonance Plasma Vacuum Ultraviolet Emission to Optimize Negative Hydrogen Ion Production Efficiency
负氢离子源被用作加速器的注入器，并驱动ITER中的中性束加热。低温氢等离子体中的某些过程伴随着真空紫外（VUV）辐射的发射。因此，研究真空紫外辐射提供了等离子体化学过程的体积速率和等离子体参数。在过去，我们已经使用气体动力学ECR放电的体积负离子生产和研究之间的依赖关系提取H $^-$电流密度和各种离子源参数。它表明，它是可能的，以达到高达80 mA/cm $^2$的负离子电流密度与两个电极提取。本文报道了在由两个简单的镜阱组成的高密度气体动力学ECR放电等离子体中产生负氢离子的实验研究以及真空紫外发射测量结果。在三个范围内测量VUV功率- Ly $_α$、Lyman带和分子连续区-改变源控制参数以接近其用于H $^-$生产的最佳值。结果表明，第一腔室中分子的连续辐射功率最高，而第二腔室中以Ly $_α$辐射为主。为进一步优化负氢离子产生的实验方案，提出了改进意见。
2019-12-10 physics.plasm-ph
Surface production of negative ions from pulse-biased nitrogen doped diamond within a low-pressure deuterium plasma
负离子的产生对于包括质谱、材料表面处理和用于磁约束聚变的中性束注入的应用具有重要意义。中性束注入源通过使用表面生产工艺和低功函数金属来最大化负离子的产生，这引入了复杂的工程。研究材料和技术以避免使用低功函数金属对于拓宽负离子源的应用和简化未来的装置是有意义的。在本研究中，我们利用脉冲样品偏压来研究掺氮金刚石表面负离子的产生。脉冲偏压的使用允许在2 Pa、130 W、（n $_e$ $\sim$ $10^9$ cm $^{-3}$，T $_e$ $\sim$ 0.6 eV）感应耦合氘等离子体中在150 $^{\circ}$ C和700 $^{\circ}$ C之间的温度下研究处于保存的表面状态的绝缘样品.使用质谱仪测量在施加脉冲负偏压期间的负离子产率，并且发现与未掺杂的金刚石相比，氮掺杂的金刚石的负离子产率高约20%。它还表明，脉冲样品偏压具有较低的峰值负离子产率相比，一个连续的样品偏压，这表明，在其表面上的缺陷的最佳比例的形成可以是有利于负离子的生产。
2021-08-02 physics.plasm-ph
An Experimental Study of Waveguide Coupled Microwave Heating with Conventional Multicusp Negative Ion Source
利用2.45 GHz的微波加热与传统的multicusp等离子体室的负离子生产证明。实验结果是用射频驱动RADIS离子源和灯丝驱动电弧放电离子源LIISA的多尖等离子体室和引出系统得到的。波导微波耦合系统，这是几乎类似于使用的SILHI离子源，被使用。结果表明，至少有三分之一的负离子束获得电感RF耦合（RADIS）或电弧放电（LIISA）可以实现与1千瓦的2.45 GHz的微波功率在CW模式下，没有任何修改的等离子体室。对于两种加热方法，观察到共提取的电子与H2-的比率和最佳压力范围是相似的。等离子体的行为意味着从微波到等离子体电子的能量转移主要是非共振过程。
2015-03-27 physics.plasm-ph
Enhancing surface production of negative ions using nitrogen doped diamond in a deuterium plasma
负离子的产生对于包括质谱、粒子加速、材料表面处理和用于磁约束聚变的中性束注入的应用具有重要意义。在不使用低功函数金属的情况下提高负离子的表面产生效率的方法对于减轻这些材料引入的复杂工程挑战是有意义的。在本研究中，我们研究了氮掺杂金刚石产生负离子。将负偏压（$-20$ V或$-130$ V）的氮掺杂微晶金刚石膜引入低压氘等离子体（以电容模式操作的螺旋源，2 Pa，26 W），并通过质谱法测量相对于表面温度（30 $^{\circ}$ C至750 $^{\circ}$ C）和掺杂剂浓度的负离子能量分布函数（NIEDF）。结果表明，当样品偏置在$-130$ V时，氮掺杂对产率的影响很小，但当施加相对较小的$-20$ V偏置电压时，当其温度达到550 $^{\circ}$ C时，产率比未掺杂的金刚石提高2倍。用氮掺杂金刚石是用于控制负离子的表面产生的新方法，其对于各种各样的实际应用仍然具有显著的兴趣。
2020-07-01 physics.plasm-ph
Photon trap for neutralization of negative ion beams
为了有效地中和氢、氘等强流负离子束，光子靶一直被人们所重视。传统的方法（法布里-珀罗谐振器）的吸引力，他们的创造是有限的，一些严格的技术要求和巨大的经济成本。在本文中，我们提出了一个新的概念，非共振光子陷阱（存储）的创建技术更简单的光学中和器。
2015-05-14 physics.plasm-ph
Characterization of hydrogen plasma in a permanent ring magnet based helicon plasma source for negative ion source research
研制了单驱动负离子源实验装置HELEN-I，重点研究负氢离子的产生。在螺旋波加热的等离子体中，可以获得非常高的等离子体密度（$\sim10^{19} m^{-3}$），其中下游区域中的电子温度低至$\sim$ 1 eV。这些条件有利于负氢离子的产生。在IPR的HELEN-I设备中，螺旋等离子体是在由永久环形磁体产生的发散磁场中使用氢气产生的。将频率为13.56 MHz的800- 1000 W的RF功率（$P_{RF}$）施加到Nagoya-III天线以在等离子体中激发m = 1螺旋模式。等离子体被限制在一个多尖形场配置的膨胀室。在$P_{RF}$ 700 W附近观察到从电感耦合模到Helicon模的转变，其中等离子体密度$\sim 10^{18} m^{-3}$和电子温度$\sim$ 5 eV在驱动器中，$\sim$ 1 eV在膨胀体积中。采用基于$H_α/H_β$比值的光发射光谱（OES）诊断技术和基于激光光剥离的腔衰荡光谱（CRDS）诊断技术测量了膨胀室中的线积分负氢离子密度。负氢离子密度的测量值在6 mTorr压力下为$10^{16} m^{-3}$的量级，并且在螺旋模式下不随功率、压力和下游轴向磁场变化而显著变化。考虑负氢离子产生和破坏的不同反应速率，将负离子密度测量值与使用粒子平衡法计算的理论估计值进行比较。应注意，目前在等离子体放电中不注入铯（Cs）以增强$H^-$离子…
2018-11-29 physics.plasm-ph
Abnormal Polarity Effect on the DC Breakdown Voltage in Short SF6 Gap
Tsinghua University（清华大学）
本文提出了一种新的离子-离子等离子体击穿标准，用于解释SF6短间隙直流击穿中负极性异常效应的动态机制。
2025-11-24 physics.plasm-ph
Reconstruction of energy and angle distribution function of surface-emitted negative ions in hydrogen plasmas using mass spectrometry
本文介绍了一种新的质谱分析和模拟方法，它可以突出低压等离子体中表面负离子的产生机制。来自等离子体的正氢离子撞击相对于等离子体电势负偏置的样品。负离子（NI）通过溅射和反向散射粒子的电离在表面上产生，并通过放置在样品前面的质谱仪根据其能量和质量进行检测。测量的负离子能量分布函数（NIEDF）的形状与样品发射的离子的NIEDF有很大不同，因为质谱仪的接收角有限。这里提出的重建方法允许计算的能量和角度的分布函数（NIEADF）的负离子发射的样品在不同的倾斜角度的NIEDF测量的基础上。重建算法不依赖于NI表面生成机制，因此它可以应用于任何类型的表面和/或NI。给出了HOPG（高取向热解石墨）和钆（低功函数金属）的NIEADF，并与SRIM模型进行了比较。HOPG和Gd显示出相当的综合NI产量，但是可以确定NI生产机制的关键差异。虽然对于Gd的主要过程是背散射的离子与峰的NIEDF在36 eV，在HOPG的情况下，溅射的贡献，由于吸附在表面上的H也是重要的，NIEDF峰被发现在5 eV。
2019-10-11 physics.plasm-ph
Exploring nonlinearities in a positive ion-negative ion (PINI) plasma: can other processes mimic debris-induced effects?
该研究利用fKdV方程和mFCT模拟分析PINI等离子体中带电碎片诱导的非线性结构，并揭示无碎片过程也可产生相似效应。
2025-05-27 physics.plasm-ph
Development of Volume Produced Negative Ion Source using a CCRF Discharge
本研究研制了由13.56 MHz推挽式CCRF驱动的环形平行板体产生负离子源，验证了其等离子体参数调控优势，明确了推挽配置的电势维持效果与磁场的负离子增产作用，并给出实验结果的合理解释。
2024-06-19 physics.plasm-ph
Pulsed DC bias for the study of negative-ion production on surfaces of insulating materials in low pressure hydrogen plasmas
在这项工作中，负离子的产生上的负直流偏置在氢等离子体中的样品的表面上进行了研究。在正离子轰击下产生的负离子被加速朝向等离子体，通过放置在样品前面的质谱仪根据它们的能量和质量自提取和检测。脉冲偏压的使用允许在短时间内在绝缘材料上施加准直流偏压，并提供了将测量方法扩展到非导电样品的可能性。首先用高取向热解石墨（HOPG）导电材料进行脉冲偏压测试，以证明该方法的可行性。通过改变脉冲偏置频率，可以获得具有不同氢表面覆盖率的HOPG材料，因此不同的表面状态导致负离子产生与连续偏置情况相比增加高达30-50%。为了建立一个协议的绝缘材料，电荷积累的表面上的偏置脉冲和偏压的持续时间和频率的影响进行了探讨，使用微晶金刚石（MCD）薄层。通过在1 kHz频率下使用足够短（10 $μ$ s）的脉冲，可以在130 V的准恒定表面偏压下测量MCD样品上的负离子，在测量期间只有1 V的变化。在脉冲模式下研究了MCD表面负离子的产生，表面温度从室温到800{ \textdegree }C。结果表明，脉冲偏压和提高温度允许限制MCD上的缺陷产生，这有利于负离子的产生。因此，在400{ \textdegree }C下，在脉冲模式下MCD上的产率比在室温下连续模式下HOPG上的产率高一个数量级。
2019-10-11 physics.plasm-ph
Landau damping effects on dust-acoustic solitary waves in a dusty negative-ion plasma
研究了在极端条件下，当无自由电子存在时，非磁化尘埃负离子等离子体中具有朗道阻尼的尘埃声波的非线性理论。冷质量带电尘埃流体方程描述，而两种离子（正，负）的动力学弗拉索夫方程描述。根据Ott和Sudan [Phys. Fluids { \bf 12}，2388（1969）]，导出了一个具有Landau阻尼的Korteweg de-Vries（KdV）方程，该方程控制弱非线性和弱色散DAW的动力学。结果表明，对于一些典型的实验室和空间等离子体，Landau阻尼效应（和非线性）比有限德拜长度（色散）效应更为显著，而有限德拜长度（色散）效应使KdV孤子理论不适用于尘埃对离子等离子体中的DAW。研究了正离子与尘埃密度比$(μ_{pd})$以及正离子与负离子温度比$(σ)$和质量比$(m)$对线性相速度、孤波振幅（存在和不存在朗道阻尼）以及朗道阻尼率的影响。
2014-07-11 physics.plasm-ph
Benchmarking and validation of global model code for negative hydrogen ion sources
基准测试和验证是使用模拟代码作为预测工具的先决条件。在这项工作中，我们已经开发了一个全球模型负氢离子源（GMNHIS），并进行基准测试的GMNHIS对另一个独立开发的代码，全球增强振动动力学模型（GEVKM）。这是首次对负氢离子源（NHIS）模型进行了全面的基准测试，在电子温度、氢分子振动分布函数（VDF）和n_H^-/n_e比值等方面取得了很好的一致性。负氢离子、正离子以及氢原子的数密度的微小差异可以归因于对于给定放电功率的预测电子数密度的差异。用GMNHIS获得更高的电子数密度可能是由于在GMNHIS中占更少的解离通道，导致更小的能量损失。此外，我们验证了GMNHIS对实验数据中获得的电子回旋共振（ECR）放电用于H^-生产。该模型定性地（甚至在某些条件下定量地）再现了实验的H^-数密度。作为压力的函数的H2数密度首先在低于12毫托的压力下增加，然后在更高的压力下饱和。通过评估不同反应途径对H^-离子产生和损失的贡献，分析了这种依赖性。所开发的程序可用于预测H^-的产生，改善NHIS的性能，并最终优化ITER负离子束流参数。
2018-07-30 physics.plasm-ph
Existence of dust ion acoustic solitary wave and double layer solution at M = Mc
利用Sagdeev势方法研究了由带负电荷的静止尘埃颗粒、绝热暖离子和非热电子组成的非磁化无碰撞非热尘埃等离子体中尘埃离子声孤波结构的存在性和极性，当波系速度等于尘埃离子声波的长波平面波线性化速度时，当孤立结构的速度等于声速时。给出了尘埃离子声孤波结构在声速下的存在性和极性的组成参数空间。这个成分参数空间清楚地表明了正负势尘埃离子声孤波结构存在的区域。再次，该组成参数空间表明，本系统支持在声速沿参数平面中的特定曲线的负势双层。然而，负势双层并不能限制所有负势孤波的发生。结果表明，在参数空间的某一特定区域，负势双层形成后，存在负势孤波。但是这些超孤子的振幅是有界的。已经观察到由负势双电层分离的负势孤子的振幅之间的有限跳跃，因此，本系统在负势双电层存在的曲线附近的声速处支持超孤子。讨论了声速下各参数对孤立子振幅的影响。
2015-07-13 physics.plasm-ph
Electron cyclotron resonance discharge as a source for hydrogen and deuterium ions production
在这篇报告中，我们描述了在电子回旋共振条件下加热的环形结构氢等离子体的特性，并被限制在一个镜面磁阱中，讨论了负氢和氘离子产生中的次级电子和热电子的相对效率。所得数据和对可能反应平衡方程的计算表明，负离子的产生是分两个阶段实现的。首先，氢和氘分子在与等离子体电子的碰撞中被激发到等离子体体积中的高位里德堡或振动能级。第二阶段通过低能电子的解离附着过程导致负离子的产生。低能量电子起源于由驱动环之一的离子轰击等离子体电极和来自加热的钨丝的热发射。实验似乎表明负离子的产生主要发生在充满热电子的有限体积中。对负离子产生率的估算表明，负离子产生的主要通道是高里德堡态激发过程。
2004-11-13 physics.plasm-ph
Reductive Perturbation Method in Magnetized Plasma and Role of Negative Ions
本文通过分析约化摄动法，指出磁化电子-离子等离子体中无法得到非线性离子声波孤立结构的原因，并证明引入负离子可使最大振幅满足小振幅条件，进而在Xe⁺-F⁻-e等离子体中形成稀疏孤子。
2023-11-30 physics.plasm-ph
Modulational instability of dust-ion-acoustic waves in pair-ion plasma having non-thermal non-extensive electrons
研究了在含有惯性对离子、无惯性非热非广延电子和不动带负电荷大质量尘埃颗粒的四分量对离子等离子体中尘埃离子声波的调制不稳定性判据。利用约化微扰方法导出了一个非线性薛定谔方程（NLSE）. NLSE的非线性系数和色散系数可以预测DIAWs和相关的一阶和二阶DIA流氓波（DIARWs）的调制稳定和不稳定的参数机制。的MI增长率和配置的DIARW的检查，它被发现，MI增长率增加（减少）的负离子的存在（不存在）的情况下，随着带负电荷的尘埃粒子的数密度的增加。同时还观察到DIARW的振幅和宽度随着负（正）离子质量的增加而增大（减小）。简要讨论了这些结果对实验室和空间等离子体的意义。
2021-02-03 physics.plasm-ph
Implicit PIC Simulations of Hydrogen Plasmas with Intense Negative Ion Production
Institute of Theoretical Electrical Engineering, Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校理论电气工程学院）
本研究针对低压氢等离子体放电的负离子产生问题，采用隐式能量守恒PIC/MCC方案进行模拟，避免了显式方法的低效性，可直接用实际参数建模并分析负离子产生情况。
2026-10-14 physics.plasm-ph
Dust-ion-acoustic shock waves in magnetized plasma having super-thermal electrons
本文研究了尘埃离子声激波（DIASHW）在含有无惯性超热电子、惯性暖正离子和负尘埃颗粒的三分量磁化等离子体中的传播。用约化摄动法导出了Burgers方程。在考虑惯性暖正离子和负尘埃粒子的情况下，数值模拟了超热电子存在时的正激波和负激波结构。研究了倾斜角（$δ$）、光谱指数（$κ$）、运动粘度（$η$）、等离子体种类的数密度和电荷状态对DIASHW形成的影响。结果表明，正激波势和负激波势均随倾斜角的增大而增大。正、负激波的振幅大小不受等离子体运动粘度的影响，但正、负激波的陡度随等离子体运动粘度的变化而减小。我们的研究结果在空间和实验室等离子体的影响进行了简要讨论。
2021-04-08 physics.plasm-ph
Lessons learned after three years of SPIDER operation and the first MITICA integrated tests
本文总结了SPIDER三年运行经验及MITICA首次集成测试结果，针对ITER中性束注入器的高功率需求，通过实验改进设计并解决1MV电源系统问题，为ITER NBI成功运行提供关键支持。
2023-04-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental investigation of an electronegative cylindrical capacitively coupled geometrically asymmetric plasma discharge with an axisymmetric magnetic field
本研究在几何不对称圆柱形电容耦合射频放电中混合电负性氧气与电正性氩气，探究轴向磁场对负离子产生的影响。磁场引起ExB漂移，约束高能电子于边缘，降低体相密度与负离子比例，但升高电子温度。结论表明低磁场更利于负离子生成，且磁场与气体比例共同调控负离子比例。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Head-on collision of ion acoustic shock waves in collisionless plasma with pair-ions and electrons
研究了由正负离子和电子组成的非磁化无碰撞等离子体系统中离子-声冲击波（IASW）的迎头碰撞及其对冲击波（单调和振荡）形成和相移的影响。孤子解是从双侧Korteweg-de Vries Burger（KDVB）方程导出的。采用扩展的Poincare-Lighthill-Kuo（ePLK）方法得到KdVB方程。假设负离子是不动的，电子在等离子体中遵循玻尔兹曼能量分布。等离子体的参数，如密度比和运动粘度的静电激波轮廓，相移，振幅，形成的冲击（单调和振荡），以及对孤立子的解决方案的影响进行了研究。结果表明，正负离子的密度比对冲击波的形成和碰撞后的相移起着至关重要的作用。
2018-06-06 physics.plasm-ph
Ion-acoustic shock waves in a magnetized plasma featuring super-thermal distribution
该研究用约化微扰法推导磁化成对离子等离子体中的 Burgers 方程，揭示超热电子和正电子条件下倾角、离子黏度及质量对正、负离子声激波的影响。
2021-04-14 physics.plasm-ph
Transport Characteristics and Modelling of ST40 Hot Ion Plasmas
本文研究ST40热离子等离子体的湍流输运特性，通过GS2与TGLF对比分析不稳定模和输运，并利用ASTRA耦合多代码进行完全预测性建模，成功复现实验测量结果。
2025-02-07 physics.plasm-ph
Ion sound instability driven by ion beam
用解析和数值方法研究了有限长系统中离子流驱动的离子声不稳定性。离子声波通过稳定离子流的存在而被修改，从而导致负能量模式和正能量模式。不稳定性的发展，由于耦合的负能量和正能量模式介导的反射从边界。结果表明，由于偏离准中性而引起的波频散对稳定性是至关重要的。在有限长度系统中，色散由以德拜长度为单位测量的系统长度来表征。的不稳定性进行了研究分析，并与直接的，初始值的数值模拟结果进行了比较。
2015-05-13 physics.plasm-ph
Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas
提出了激光等离子体中负离子加速的库仑内爆机制。当强激光脉冲辐照团簇靶时，带正电的离子发生库仑爆炸，带负电的离子被向内加速。负离子的最大能量比正离子低几倍。对库仑内爆机制进行了理论描述和Particle-in-Cell模拟，并给出了强激光脉冲与团簇靶相互作用实验中负离子加速的证据。
2008-12-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dust surface potential for the dusty plasma with negative ions and with a three-parameter non-Maxwell velocity distribution
本文研究了含负离子的复杂尘埃等离子体的表面势，尘埃等离子体的速度分布为三参数非麦克斯韦速度分布。等离子体包含电子、正离子、负离子和带负电的尘埃粒子。利用电流平衡条件，导出了归一化尘埃表面电势与尘埃数密度、负离子与电子温度比、负离子与正离子密度比、负离子电荷数等尘埃等离子体参数之间的关系。数值分析表明，当尘埃表面势较小时，这种关系对非Maxwell分布中的三个参数有明显的依赖性，但随着尘埃表面势的增大，这种依赖性很快减弱。尘埃表面势为负，随尘埃密度的增加而单调增加，对于三参数非麦克斯韦分布的复杂尘埃等离子体，尘埃表面势一般大于卡帕分布和麦克斯韦分布的复杂尘埃等离子体中的尘埃表面势。
2021-01-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Response of negative ion beamlet to RF field in beam extraction region
实验研究了灯丝弧放电负离子源中RF场扰动对负离子束聚焦的影响，发现束流宽度和轴线振荡与导流系数及RF频率相关，为ITER的RF负离子源束流发散问题提供了解释。
2024-08-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultracold Muonium Negative Ion Production
提出了一种制备超冷负μ子离子的新方法。μ 鎓原子由一个反μ子和一个电子组成，化学符号为μ。具有0.75 eV的结合能或电子亲和势的第二电子形成μ-离子，其在许多方面几乎与用于电荷交换注入到大多数质子粒子加速器中的H-离子相同。1987年，通过μ子与箔的相互作用观察到μ 鎓负离子。使用箔电荷交换方法，μ子转化为负μ 鎓离子的效率非常低~10-4。然而，通过使用经铯沉积处理的热钨或钯单晶箔或气凝胶，生产效率可提高高达50%。这里描述的过程使表面μ子聚焦在钨或钯单晶箔或气凝胶上（可以加热到2000摄氏度），并部分被铯层覆盖，以提供最小的功函数。负μ子离子可以通过直流电场提取，并通过直线加速器进一步加速并在薄箔中剥离。与A交换电荷。提出了一种将慢μ素原子转化为正μ素离子和负μ素离子的稠密正或负离子流
2018-06-08 physics.ins-det physics.plasm-ph
