The paper is concerned with the dynamic regimes of cyclotron instabilities in non-equilibrium plasma of a minimum-B electron cyclotron resonance ion source operated in pulsed mode. The instability appears in decaying ion source plasma shortly (1–10 ms) after switching off the microwave radiation of the klystron, and manifests itself in the form of powerful pulses of electromagnetic emission associated with precipitation of high-energy electrons along the magnetic field lines. Recently it was shown that this plasma instability causes perturbations of the extracted ion current, which limits the performance of the ion source and generates strong bursts of bremsstrahlung emission. In this article we present time-resolved diagnostics of electromagnetic emission bursts related to cyclotron instability in the decaying plasma. The temporal resolution is sufficient to study the fine structure of the dynamic spectra of the electromagnetic emission at different operating regimes of the ion source. It was found that at different values of magnetic field and heating power the dynamic spectra demonstrate common features: Decreasing frequency from burst to burst and an always falling tone during a single burst of instability. The analysis has shown that the instability is driven by the resonant interaction of hot electrons, distributed between the electron cyclotron resonance (ECR) zone and the trap center, with slow extraordinary wave propagation quasi-parallel with respect to the external magnetic field.
本論文は、パルスモードで動作する最小B磁場配置の電子サイクロトロン共鳴イオン源の非平衡プラズマにおけるサイクロトロン不安定性の動的レジームに関するものである。この不安定性は、クライストロンのマイクロ波放射を停止した直後（1～10 ms）の減衰プラズマ中に現れ、磁力線に沿った高エネルギー電子の降下に伴う強力な電磁放射パルスの形で発現する。最近の研究により、このプラズマ不安定性が引き出しイオン電流の摂動を引き起こし、イオン源の性能を制限するとともに、強い制動放射バーストを発生させることが示された。本論文では、減衰プラズマ中のサイクロトロン不安定性に関連する電磁放射バーストの時間分解診断を提示する。時間分解能は、イオン源の異なる動作レジームにおける電磁放射の動的スペクトルの微細構造を研究するのに十分である。磁場と加熱電力の異なる値において、動的スペクトルは共通の特徴を示すことが見出された：バースト間での周波数の減少と、単一の不安定性バースト中の常に下降するトーンである。解析により、この不安定性は、電子サイクロトロン共鳴（ECR）ゾーンとトラップ中心の間に分布する高温電子と、外部磁場に対して準平行に伝播する遅い異常波との共鳴相互作用によって駆動されることが示された。