The uniformity of beam, for large RF negative ion source, is closely related to the plasma uniformity in the extraction region. The six electrostatic probes were installed above the plasma grid (PG) 5 mm to evaluate the plasma uniformity. The influence of RF power, source pressure, magnetic filter field, and bias voltage on the plasma uniformity in the extraction region were analyzed. In the absence of magnetic filter field and bias voltage, the plasma density exhibits good uniformity (>90%), but the uniformity of electron temperature (Te) is poor (>60%). It is mainly caused that the magnetic field was generated by the permanent magnet inside extraction grid (EG). The plasma density and Te can be increased by increasing RF power, but it has little effect on the plasma uniformity. Increasing source pressure can effectively lower Te and slightly improve its uniformity, but the uniformity of plasma density has deteriorated by increasing source pressure. While increasing the PG current effectively reduces the Te in the extraction region, it simultaneously degrades the uniformity of both Te and plasma density due to drift effects. Increasing the bias voltage can increase Te in the extraction region when the PG current is 1200 A, but Te at the bottom increases more significantly, thereby worsening the uniformity of Te. In addition, the electron density (Ne) at the top decreases, while the Ne at the bottom increases, thereby improving the uniformity of Ne. The influence of the magnetic filtered field and bias voltage on the non-uniformity of Te in the extraction region, as observed in the manuscript, is similar to the effect on the non-uniformity of the extracted beam current reported in the literature. These results provide theoretical foundations for optimizing the beam uniformity in large RF negative ion sources.
大型RF負イオン源におけるビームの均一性は、引き出し領域のプラズマ均一性と密接に関係している。プラズマ均一性を評価するために、6本の静電プローブをプラズマグリッド (PG) の5 mm上に設置した。RFパワー、ソース圧力、磁気フィルタ磁場、およびバイアス電圧が引き出し領域のプラズマ均一性に及ぼす影響を解析した。磁気フィルタ磁場とバイアス電圧がない場合、プラズマ密度は良好な均一性 (>90%) を示すが、電子温度 (Te) の均一性は低い (>60%)。これは主に、引き出しグリッド (EG) 内部の永久磁石によって生成された磁場に起因する。RFパワーを増加させることでプラズマ密度とTeは増加するが、プラズマ均一性への影響は小さい。ソース圧力を増加させると、Teを効果的に低下させ、その均一性をわずかに改善できるが、ソース圧力の増加によりプラズマ密度の均一性は悪化する。PG電流を増加させると、引き出し領域のTeを効果的に低下させる一方で、ドリフト効果によりTeとプラズマ密度の両方の均一性を同時に悪化させる。PG電流が1200 Aの場合、バイアス電圧を増加させると引き出し領域のTeが増加するが、底部のTeがより顕著に増加するため、Teの均一性が悪化する。さらに、上部の電子密度 (Ne) は減少し、下部のNeは増加するため、Neの均一性が改善される。本論文で観測された、磁気フィルタ磁場とバイアス電圧が引き出し領域のTeの不均一性に及ぼす影響は、文献で報告されている引き出しビーム電流の不均一性への影響と類似している。これらの結果は、大型RF負イオン源におけるビーム均一性を最適化するための理論的基礎を提供する。