Fabrication and Its Characteristics of Ion Energy Spectrometer for Diagnostics of Plasma

플라즈마 진단을 위한 이온에너지 분석장치의 제작 및 특성 조사

An ion energy spectrometer which has the $45^{\circ}$ parallel electrostatic deflection plate was designed and constructed for measuring ion temperature in high temperature plasma. The energy calibration and the energy resolution were studied in detail for a hydrogen ion at the $0.24{\sim}1.92\;keV$ energy using electrostatic accelerator with a duoplasmatron ion source. The voltage of the deflection plate was linearly increased for the decreased ion detector position at the constant ion energy and decreased for the increased ion energy at the fixed ion detector position. The inclination of the deflection plate voltage to the ion energy was between 0.92 and 1.61, and linearly decreased for the increased the ion detector position. The measured energy resolution, which is $4.2%\;{\sim}\;11.6%$ in this experiment region, was improved for the increased ion dector position and ion energy. The relative efficiency was increased for the decreased the ion detector position. The ion energy spectrum of the DC plasma in the multi-purpose plasma generator was measured using this equipment. The ion temperature was 203-205 eV at the discharge voltage 320 V, discharge current 1.7 A.

플라즈마 이온온도를 측정하기 위해 정전평판형 이온에너지 분석기를 설계 제작하고 에너지 교정 및 에너지 분해능 등의 특성을 조사하였다. 일정한 검출기 위치에서 이온의 에너지에 따른 편향평판전압은 선형성을 보였으며, $53{\sim}103mm$ 사이의 검출기 위치에서 이온에너지에 대한 최대편향평판전압의 기울기는 $1.61{\sim}0.92$로 검출기위치의 증가에 따라 선형적으로 감소하였다. 본 실험 영역에서 에너지 분해능은 약 $4.16{\sim}11.60%$였으며, 검출기 위치 및 이온에너지의 증가에 따라 향상되었다. 상대적 검출효율은 검출기 위치의 증가에 따라 감소하였다. 제작된 분석기를 다목적 플라즈마 발생장치에 설치하여 DC 플라즈마의 이온에너지 스펙트럼을 측정하였다. 방전전압이 320V, 전류가 0.17A인 DC 플라즈마의 이온온도는 $203{\sim}205eV$로 나타났으며 검출기의 위치에 따른 이온온도의 변화는 없었다. 검출기의 위치에 따른 에너지 분해능은 $18{\sim}21%$로 검출기 위치가 증가할수록 향상되었다.