Transient Hollow Cathode Effects and Z pinch Formation in a High Current Capillary Discharge with a Metal Plasma
本文介绍了一系列实验结果，其目的是探索在适合于X射线激光的参数下，在毛细管放电中形成纯金属等离子体的不同方案。实验中进行陶瓷壁毛细管放电电流高达120 kA，与可用的ID为3和8毫米之间，长度从60至100毫米。在毛细管中的初始等离子体条件利用瞬态空心阴极效应在预电离放电。聚焦到阴极背面的激光启动毛细管体积中的光束活动和等离子体注入。为了促进金属烧蚀进入陶瓷壁材料以外的元件的箍缩通道，已经尝试了许多分级环方案。等离子体轴向观察使用时间和能量分辨软X射线针孔图像以及从时间分辨软X射线光谱。通过改变主放电电流的上升速率和预电离条件，可以看出Z箍缩柱的直径和稳定性受到影响。从烧蚀的壁材料的等离子体形成的梯度环结构的物种的比率被发现取决于毛细管的尺寸以及其他操作条件。
2006-12-26 physics.plasm-ph
Spatial profile of plasma temperature generated by discharge in 3D printed capillary
本研究提出一种评估3D打印毛细管放电等离子体径向温度分布的方法，通过N⁺与N²⁺发射谱线比测温，无需依赖H-α线斯塔克展宽，适用于更广的等离子体范围，助力激光尾场加速的等离子体参数控制。
2024-01-28 physics.plasm-ph
Laser beam coupling with capillary discharge plasma for laser wakefield acceleration applications
利用毛细管放电产生的等离子体通道是激光等离子体加速电子束的最有效的方法之一。这些渠道，即，沿着激光脉冲传播轴具有最小密度的等离子体柱可以光学地引导短激光脉冲，从而增加加速长度，导致更有效的电子加速。尽管该装置的空间结构在原理上是简单的，但是可能存在由毛细管的开口端、由供应通道等引起的一些重要影响，这需要对正在发生的过程进行详细的3D建模，以便获得详细的理解并改进操作。然而，放电等离子体，作为激光等离子体加速器的最关键的组成部分之一，没有模拟所需的精度和分辨率，以推进这项有前途的技术。在目前的工作中，这样的模拟使用代码MARPLE。首先，模拟了放电前毛细管通过侧面供氢通道充入冷氢的过程。该模拟的主要目标是获得毛细管开口端附近区域中填充气体的空间分布。一个逼真的几何形状用于这个和下一阶段的模拟，包括绝缘体，供应通道以及电极。其次，毛细管放电的模拟进行的目标，以获得一个依赖于时间的毛细管的开口端附近的电子密度的空间分布，以及内部的毛细管。最后，为了评估光束与沟道等离子体波导耦合的有效性和电子加速的有效性，利用INF&RNO程序对激光与等离子体相互作用进行了模拟
2017-03-23 physics.plasm-ph
Guiding of charged particle beams in curved capillary-discharge waveguides
提出了一种新的弯曲路径带电粒子束传输方法。它是基于弯曲的毛细管放电波导，其中诱导的方位角磁场被用来聚焦光束，并保持它靠近毛细管轴。我们表明，这样的解决方案是高度可调的，它允许开发紧凑的结构，提供大的偏转角，并与传统的解决方案的基础上弯曲磁铁，保留了光束的纵向相空间。后一个功能，特别是，是非常有前途的处理超短束时，通常需要在纵向相空间上的非平凡的操作时，采用传统的设备。
2017-12-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Impact of Electron Transport Models on Capillary Discharge Plasmas
磁流体动力学（MHD）可以用来模拟激光尾流场加速器中的毛细管放电波导。然而，MHD的预测能力可能会受到不良的微观闭合模型。在这里，我们研究的影响，电子加热和热传导毛细管波导性能的一部分，努力了解和量化建模和设计下一代等离子体加速器的不确定性。为此，我们进行了二维高分辨率的MHD模拟使用氩气填充的毛细管放电波导与三个不同的电子输运系数模型。测试的模型包括（i）Davies等人，（ii）Spitzer和（iii）Epperlein-Haines（EH）。我们发现EH模型高估了通道内的电子温度超过$20\%$，同时预测了较低的方位角磁场。此外，经常用于等离子体加速器的MHD模拟的斯皮策模型预测的电子温度比其他模型显示的要高得多。
2022-03-17 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radial Density Profile and Stability of Capillary Discharge Plasma Waveguides of Lengths up to 40 Centimeters
我们测量了直径为650 μ m至2 mm，长度为9至40 cm的毛细管放电波导的参数再现性和径向电子密度分布。据我们所知，40 cm是迄今为止最长的放电毛细管等离子体波导。该长度对于在单个激光驱动的等离子体尾场加速（LPA）级中>= 10 GeV的电子能量增益是重要的。波导参数变化的评估表明，它们的聚焦强度是稳定的和可重复的，小于0.2%，它们的平均轴上等离子体电子密度小于1%。这些变化只解释了一小部分的LPA电子束团的变化在实验中观察到的日期。激光脉冲质心振荡的测量结果表明，径向通道轮廓上升速度比抛物线和磁流体动力学模拟结果非常一致。结果表明，当脉冲与信道近似匹配时，非抛物贡献对高斯脉冲传输的影响可以忽略不计。然而，它们影响脉冲传播的非匹配配置，其中波导被用作等离子体望远镜来改变聚焦的激光脉冲光斑尺寸。
2021-01-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Diagnostics of atmospheric pressure capillary DBD oxygen plasma jet
采用单极性正脉冲电源，研制了大气压毛细管介质阻挡氧放电等离子体射流产生低温等离子体。光学和电学技术都被用来研究所产生的等离子体的特性作为施加电压和气体流量的函数。从光学发射光谱数据获得的分析结果揭示了气体温度，转动温度，激发温度和电子密度。气体温度和旋转温度随氧气流量的增加而降低，但随外加电压的增加而线性增加。结果表明，随着外加电压和氧气流量的增加，电子密度增加，而电子激发温度则随着氧气流量的增加而降低。电特性表明，放电频率随流量下降，但随电压增加。将制备的等离子体初步应用于枯萎病马铃薯样品的灭活率研究。
2015-09-01 physics.plasm-ph
Effect of Dielectric Wakefields in a Capillary Discharge for Plasma Wakefield Acceleration
该研究针对等离子体尾场加速用介质毛细管的介质尾场效应，实验验证了驱动束团轨迹偏移、沿束位置对偏转效应的影响，探究了尾场衰减规律，为相关加速器设计提供了参考。
2024-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Comparison of H2 and He carbon cleaning mechanisms in extreme ultraviolet induced and surface wave discharge plasmas
由非晶碳（a-C）引起的光学表面污染的清洁对于极紫外（EUV）光刻是高度相关的。我们研究了从Si表面去除a-C的机制。通过比较表面波放电（SWD）等离子体和EUV诱导等离子体中的a-C去除，确定了氢气和氦气环境下的清洁机制。每个入射离子的碳原子去除估计不同的样品偏压和离子通量。发现H2等离子体通常具有比He等离子体更高的清洁速率：对于EUV诱导的等离子体中更负偏置的样品，清洁速率高达7倍。此外，对于H2，发现EUV诱导的等离子体在去除碳方面比SWD等离子体有效2-3倍。观察到在暴露于He期间的碳去除是由于He+离子的物理溅射。另一方面，在H2中，碳去除速率的增加是由于化学溅射。这是一种新的EUV诱导等离子体C清洗机制，我们称之为“EUV反应离子溅射”。
2013-10-15 physics.plasm-ph
Numerical simulation of Ni-like Xe plasma dynamics and laser gain in a low inductivity capillary discharge
基于在“水窗”波长范围内产生的高度带电的类\textit{Ni}离子中的跃迁的X射线激光器可以由紧凑的实验室放电源泵浦。这使得它们成为实验室应用中用作紧凑相干X射线源的有前途的候选者，包括生物成像和含碳材料的调查。本文报道了基于类\textit{Ni}氙离子跃迁的X射线激光等离子体动力学和动力学的数值模拟结果。激光活性介质是由一个扩展的低电感高电流Z-放电能够产生两个连续的电脉冲。本文采用一维非稳态双温辐射MHD模型对非平衡态多电荷离子等离子体动力学进行了数值研究。该模型描述了等离子体流体动力学、非稳态电离、连续谱和线辐射的传输以及抽运电路中的过程。在准稳态近似下计算了离子的能级布居。模拟结果允许确定的电气和能量泵浦参数，以获得弱信号增益的顺序$g^+\sim1$ $\mbox{cm}^{-1}$的工作过渡。结果表明，采用峰值电流超过200 kA的低电感两步放电，可以产生电子温度超过400 eV、密度超过$10^{19}$ $\mbox{cm}^{-3}$的等离子体。
2019-11-25 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Discharge-produced plasma extreme ultraviolet (EUV) source and ultra high vacuum chamber for studying EUV-induced processes
一个实验装置，直接再现极端紫外光刻相关条件下详细的组件曝光测试。EUV装置包括一个脉冲等离子体辐射源，在13.5纳米;碎片减缓系统;收集和过滤光学;和一个超高真空实验室，配备了光学和等离子体诊断。第一个结果，确定的物理参数和演化的EUV诱导等离子体。最后，简要讨论了现场诊断的适用性和准确性。
2014-11-17 physics.ins-det physics.plasm-ph
High Power Vacuum Ultraviolet Source Based on Gasdynamic ECR Plasma
本文报道了在回旋管毫米波强辐射作用下，氢原子电子回旋共振放电等离子体产生真空紫外辐射的实验结果。所考虑的放电的显著特征是高等离子体密度（$10^{13}$ cm $^{-3}$数量级），并且同时具有高电子平均能量（$10 - 300$ eV），这使得可以显著增加通过微波辐射沉积到等离子体中的能量的VUV再发射的效率。在ECR条件下，利用脉冲回旋管辐射$37.5$ GHz / $100$ kW对简单的镜阱中的等离子体进行了加热实验。与Werner带、Lyman带（$160 \pm 10$ nm）和分子连续区（$180 \pm 20$ nm）重叠的Lyman-α线（$122 \pm 10$ nm）的测量体积VUV发射功率分别达到$45$、$25$和$55$ W/cm $^3$。在这三个范围内，在等离子体体积上积分的总绝对辐射功率估计为$22$ kW，即入射微波功率的$22$ %，这与理论预测相匹配。进一步优化的条件下的ECR氢放电持续强大的回旋管辐射提供了一个机会，有效的技术真空紫外光源的千瓦功率级的发展。
2021-11-22 physics.plasm-ph
Long-living plasmoids generation by high-voltage discharge through thin conducting layers
研究了一种新型的脉冲高压放电通过薄导电层对玻璃板表面进行放电的方法。该放电的余辉等离子体形成准球形物体，寿命约为0.2-0.3 s。用电探针法研究了样品的电学性质。在可见光和近紫外光谱范围内进行了等离子体辐射光谱动力学的测量。在这种放电中出现的等离子体团的物理特性和通过细金属丝燃烧产生的等离子体团的物理特性的比较分析。讨论了等离子体亚稳态的可能机制。
2006-06-30 physics.plasm-ph
Electron-beam-sustained discharge revisited - light emission from combined electron beam and microwave excited argon at atmospheric pressure
本文提出了一种新型的电子束持续放电，它是用12 keV电子束和2.45GHz微波功率在大气压下连续激发氩气。光学发射光谱在从真空紫外（VUV）到近红外（NIR）的宽波长范围内进行。几种效果，修改的发射光谱相比，单一的电子束激发观察和解释的变化等离子体参数，如电子密度，电子温度和气体温度。
2015-11-26 physics.plasm-ph
Electron-beam-ignited, high-frequency-driven vacuum ultraviolet excimer light source
在稀有气体中，随着射频幅度的增加，桌面电子束维持2.45 GHz射频放电转变为自燃烧放电。因此，发射光谱在从真空紫外（VUV）到近红外的宽光谱范围内经历显著变化。自燃烧放电的真空紫外准分子发射的强烈增加。特别地，所谓的第一准分子连续谱显示出强度的急剧增加。对于氩，该效应导致在LiF窗口的105nm短波长截止附近发射的明亮光源。本文简述了在紫外和可见光范围内宽带连续谱的出现以及射频激发对原子线辐射的影响和所谓的第三准分子连续谱。
2015-11-26 physics.ins-det physics.plasm-ph
Heat transport of nitrogen in helium atmospheric pressure microplasma
在空气中，通过氦气注入，在水面和金属毛细管之间产生了稳定的直流大气压正常辉光放电。多次独立重复实验表明，当气体流量从20 sccm增加到80 sccm，放电电流从11 mA减小到3 mA时，氮气的振动温度从3200 K升高到4622 K，旋转温度从1270 K降低到570 K。此外，还发现在非平衡态氦微等离子体中，氮分子的振动度比转动度优先获得能量。
2013-06-20 physics.plasm-ph
Extreme-ultraviolet light source for lithography based on an expanding jet of dense xenon plasma supported by microwaves
本文讨论了一种基于多电荷氙等离子体膨胀射流中非平衡微波放电的极紫外点状光源的概念。计算了微波辐射到EUV光的转换效率，并考虑了物理约束和未来设备的机会。特别注意捕获的自发线辐射内的辐射等离子体斑点，显着影响EUV光源的效率。
2018-10-01 physics.app-ph physics.plasm-ph
Line identification of extreme ultraviolet spectra from aluminum ions in EAST Tokamak plasmas
本研究在EAST托卡马克中观测到铝离子的极紫外光谱，采用三款先进原子计算程序进行谱线识别，解决了部分识别歧义并验证了理论预测的有效性。
2024-01-31 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Single-shot fluctuations in waveguided high-harmonic generation
为了探索高次谐波产生的相干软X射线（SXR）和极紫外辐射（XUV）的应用潜力，研究其中心输出参量具有重要意义。特别重要的是高次谐波输出能量的脉冲到脉冲（发射到发射）波动、发射方向的波动（指向不稳定性）以及减小空间相干性的光束发散度和形状的波动。我们提出了第一个单次测量波导高次谐波产生的波导（毛细管为基础的）几何形状。使用毛细管波导充满氩气作为非线性介质，我们提供了第一次表征的拍摄到拍摄的脉冲能量的波动，发散和光束指向。我们记录了这些波动的强度与两个基本输入参数的关系，这两个基本输入参数是驱动激光脉冲能量和毛细管波导中的气体压力。在单次激发驱动激光光束轮廓和单次激发高次谐波光束轮廓之间的相关测量中，我们证明了在高次谐波输出中没有驱动激光光束指向引起的波动。我们把高次谐波涨落的主要来源归结为驱动激光脉冲在毛细管波导内传播过程中电离引起的非线性模混合。
2015-07-15 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Observation of extreme-ultraviolet light emission from an expanding plasma jet with multiply-charged argon or xenon ions
我们报告的第一个直接演示的可能性，以产生极紫外（EUV）辐射与高功率微波支持的多电荷离子的稠密等离子体的自由膨胀射流。在18- 50 nm波长处，氩和氙的发射功率约为20 W，氙的发射功率在13- 17 nm波长处为0.3 W。具有峰值电子密度高达$3\times 10^{16}\,$ cm $^{-3}$和特征尺寸为$150\,μ$ m的放电由最近开发的回旋管的聚焦辐射支持，该回旋管具有独特的特性，在250 GHz下输出功率为250 kW，以相对长（50 $\,μ$ s）的脉冲模式操作。这些实验结果的放大为开发一个点状千瓦级EUV源的高分辨率光刻能够满足微电子工业的要求。
2018-07-19 physics.app-ph physics.plasm-ph
Double electric layer influence on dynamic of EUV radiation from plasma of high-current pulse diode in tin vapor
利用多电荷锡等离子体产生高功率极紫外辐射脉冲具有重要的应用价值。研究了双电层放电间隙中的电势分布。在双层膜中形成的电子束局部加热等离子体导致峰值辐射脉冲的产生，从而导致辐射功率的增加。
2020-11-16 physics.app-ph physics.plasm-ph
Phase-matched high-order harmonic generation in pre-ionized noble gases
本文提出利用弱毛细管放电预电离气体以改善长中性气体靶中高次谐波产生的相位匹配，并在氩气和氪气中首次实验验证，显著提高了谐波产生效率。
2022-03-02 physics.optics physics.plasm-ph
