Mass-separation of impurities in the ion beam systems with reversed magnetic beam focusing

Abstract

This paper describes the intrinsic capability of ion systems with reversed magnetic beam focusing for impurities mass-separation. Numerical calculation of the ion trajectory deviation with taking into account the experimental ion energy distribution function for hydrogen-oxygen gas mixture was carried out. It is demonstrated that O⁺ impurities which are present in the beam are separated and form the circle with a diameter of ≈6 mm. Therefore, the central part of the spot is free of impurities due to magnetic separation. As a result, the source generates steady-state hydrogen ion beam, which irradiates the surface with high heat and particle fluxes, which approach the upper limit for the flux range expected in a fusion reactor.

Исследованы особенности масс-сепарации примесей в ионно-пучковых системах с реверсивной магнитной фокусировкой пучка. Численно рассчитаны отклонения траекторий ионов с учетом экспериментально измеренной функции распределения энергии ионов для водородно-кислородной газовой смеси. Показано, что примеси О⁺ в пучке сепарируются и формируют кольцо диаметром ≈ 6 мм. Таким образом, центральная часть пучка чиста от примесей вследствие магнитной сепарации. В результате источник генерирует стационарные мощные потоки тепла и ионов водорода, которые близки по своим параметрам к потокам, ожидаемым на материалы стенки термоядерного реактора.

Досліджено можливість мас-сепарації домішок в іонно-пучкових системах з реверсивним магнітним фокусуванням пучка. Чисельно розраховано відхилення траєкторій іонів з урахуванням експериментально зміненої функції розподілу енергії іонів для воднево-кисневої газової суміші. Показано, що домішки О⁺ в пучку сепаруються та формують кільце діаметром ≈ 6 мм. Таким чином, центральна частина пучка є чистою від домішок унаслідок магнітної сепарації. В результаті джерело генерує стаціонарні потужні потоки тепла і іонів водню, які близькі за своїми параметрами до потоків, очікуваних на матеріали стінки термоядерного реактора.