Diagnostics of Plasmas created in Multicharged ECR Ion Sources by VUV Spectroscopy
Diagnostic de Plasmas créés dans des Sources d'Ions Multichargés à Résonance Cyclotronique Electronique par Spectroscopie VUV
Résumé
To characterize the multicharged ions within the plasma of an ECR ion source, the VUV spectroscopy is used as a non invasive diagnostic of excited matter. In ECRIS electrons are heated and magnetically confined within the mirror machine to overcome the successive ionization potentials of the desired elements. As the electrons bounce inside the magnetic configuration in their gyration movement, they interact with the microwaves injected into the source at the resonance frequency. To enhance the performances in high charge states and extracted currents delivered by ECRIS, the fundamental parameters of the plasma created in these machines must be known. The goal of spectroscopic diagnostics in the VUV range installed on the sources is to determine electron density and temperature on one hand, the ionic densities and confinement times on the other hand. We use micro channel plates as detector on a 3 meter grazing incidence spectrometer equipped with a 600 lines/mm holographic grating. The calibration of the whole grating with detector was performed by 2 different methods. These are the branching ratios and charge exchange methods. Identification of lines emitted by a plasma, which gather the whole charge states of ions is necessary to make an exhaustive study of the plasma state. And finally, the determination of the plasma parameters like electronic density and temperature and ion densities and confinement times that uses theoretical models was the aim of this work.
La caractérisation des ions multichargés dans le plasma d'une source ECR utilise comme moyen de diagnostic non perturbatif la spectroscopie dans le domaine de l'ultraviolet sous vide. Dans ce type de source, les électrons sont chauffés par interaction avec une onde HF et confinés magnétiquement par effet miroir. Les électrons interagissent avec l'onde HF à la résonance cyclotronique au cours de leurs allers et retours successifs dans le miroir magnétique. Ils acquièrent ainsi l'énergie nécessaire pour dépasser les potentiels d'ionisation de chacun des états de charge de l'élément injecté dans la source. L'amélioration des performances d'une source ECR en courant d'ions extraits et en états de charge obtenus passe par la connaissance des grandeurs physiques fondamentales des espèces présentes dans le plasma. Le but de la spectroscopie V.U.V. est de déterminer la densité et la température électronique d'une part et la densité et le temps de confinement des ions d'autre part. Nous avons utilisé des galettes de micro canaux comme détecteurs de position sur un spectromètre à incidence rasante muni d'un réseau de 3 mètres de rayon de courbure comportant 600 traits/mm. On effectue l'étalonnage en intensité de l'ensemble réseau-détecteur par 2 méthodes. Ce sont les méthodes des rapports de branchement et d'échanges de charge. L'identification des raies émises par le plasma qui regroupe l'ensemble des états de charge possibles de l'élément étudié est nécessaire pour faire une étude exhaustive de l'état du plasma. Finalement, la détermination des paramètres du plasma sur la base théorique de 2 sources ECR disponibles au laboratoire a été réalisée pour la première fois.