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畢業生論文


彭康銘太空電漿分析儀校準用之離子束系統
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摘要

成功大學電漿與太空科學中心太空儀器實驗室中的離子束系統是台灣第一座用於太空電漿分析儀器校正用之系統,系統中包含離子源、初級加速器、粒子質量選擇器、擴束器、加速器、飄移管、主腔體以及三軸旋轉台。此系統將提供5仟至13萬電子伏特的多種離子束以用於電漿粒子分析儀器之校正。此一離子束系統要求高度平行、均勻且具有良好的質量篩選。為了達到以上需求,已經完成以下工作:

1. 設計離子源:

離子源以一個反射器及兩套電子槍組成,藉由電子撞擊中性氣體以產生離子。電子槍由一個電子發射燈絲,Wehnelt電極及屏極所組成。操控電極電壓可以調整電子束發散的角度。由電子軌跡以及離子自離子源擷取的數值模擬之中發現電子束發散的角度與離子束表現沒有相關性。所以,以自離子源擷取離子的均勻性與擷取效率作為考量的依據之後,對電子槍的結構最佳化作粒子軌跡的數值模擬。

2. 設計正交的電場與磁場離子質量選擇器:

質量選擇器由一對90 度的圓柱型電極所組成,並對其施加互相垂直的電場與磁場。對不同的離子種類及能量施加最佳化選擇後的磁場及電場以取得所需的離子束質量選擇及通過效率。選擇以0.3 T的永久磁鐵篩選較重的粒子如:O+N+,以0.05 T的磁鐵篩選較輕的粒子如:H+He+

3. 建構離子束診測系統:

使用一維可移動的法拉第杯陣列取得離子束的二維的電流密度截面圖,用於回饋控制以及比較離子束與電漿粒子分析儀器量測的結果。此一法拉第杯陣列包含可達到2釐米空間解析度的64個法拉第杯。杯體使用不銹鋼材質以避免高能粒子與之反應,並且使用偏向電壓及高的深度與寬度比將離子撞擊產生的二次電子限制在杯中。

系統建構完成後開始之各項離子束的實驗,將能強化成功大學電漿與太空科學中心在台灣太空研究的能力。