We present a numerical study of metals dynamics evaporated through resistively heated ovens in electron cyclotron resonance (ECR) plasma traps, used as metal ion beam injectors for accelerators and multi-disciplinary research in plasma physics. We use complementary numerical methods to perform calculations in the framework of the PANDORA trap. The diffusion and deposition of metal vapours at the plasma chamber's surface are explored under molecular flow regime, with stationary and time-dependent particle fluid calculations via COMSOL Multiphysics®. The ionisation of vapours is then studied in the strongly energised ECR plasma. We have developed a Monte Carlo (MC) code to simulate the in-plasma metal ions' dynamics, coupled to particle-in-cell simulations of the plasma physics in the trap. The presence of strongly inhomogeneous plasmas leads to charge-exchange and electron-impact ionisations of metals, in turn affecting the deposition rate/pattern of the metal on the walls of the trap. Results show how vapours dynamics depends both on evaporated metals and the plasma target. The 134Cs, 176Lu, and 48Ca isotopes were investigated, the first two being radioisotopes interesting for the PANDORA project, and the third as one of the most required rare isotope by the nuclear physics community. We present an application of the study: MC computing the γ activity due to the deposited radioactive neutral nuclei during the measurement time, we quantitatively estimated the overall γ-detection system's efficiency using GEANT4, including the poisoning γ-signal from the walls of the trap, relevant for the γ-tagging of short-lived nuclei's decay rate in the PANDORA experiment. This work can give valuable support both to the evaporation technique and plasma source optimisation, for improving the metal ion beam production, avoiding huge deposit/waste of metals known to affect the long-term source stability, as well as for radio-safety aspects and reducing material waste in case of rare isotopes.
我々は、電子サイクロトロン共鳴（ECR）プラズマトラップ内で抵抗加熱オーブンにより蒸発させた金属のダイナミクスに関する数値的研究を提示する。これは、加速器用金属イオンビーム入射器および多分野研究用のPANDORAトラップの枠組みで使用される。我々は、PANDORAトラップの枠組み内で計算を実行するために相補的な数値手法を用いる。分子流条件下でのプラズマチャンバー表面における金属蒸気の拡散と堆積は、定常および時間依存の粒子輸送計算によりCOMSOL Multiphysics®を用いて調査される。その後、強力に励起されたECRプラズマ内での蒸気のイオン化が、プラズマ物理と結合したモンテカルロ（MC）コードを用いて研究される。強く非均一なプラズマの存在は、電荷交換および電子衝突イオン化過程を通じて金属のイオン化と輸送に影響を与え、それによりトラップ壁への金属堆積のパターンと速度が変化する。結果は、蒸気ダイナミクスが金属の種類とプラズマパラメータの両方に依存することを示している。我々は、PANDORAプロジェクトに関連する同位体である¹³⁴Cs、¹⁷⁶Lu、および⁴⁸Caに焦点を当てる。最後に、この研究の応用として、測定時間中の放射性中性原子の堆積によるγ線放出をMCシミュレーションで評価し、PANDORA実験における短寿命同位体のβ崩壊率のγタグ付けに重要な、トラップ壁からのγ線バックグラウンドを含む全体のγ検出効率を定量化する。この研究は、金属イオンビーム生成のための蒸発器-プラズマ源システムの最適化に貴重な洞察を提供し、長期的なプラズマ源安定性に影響を与える金属堆積の低減、および希少同位体の材料使用の最小化に資する。