원통형 다중자기쌍극자 챔버 MAXIMUS의 건설과 이의 플라즈마 특성에 관한 연구

Abstract

DC 방전 시스템을 갖춘 대학 수준의 다중자기쌍극자 챔버가 건설되었으며 이의 플라즈마 특성을 조사했다. 챔버의 모양은 원통형 더블 챔버이며 크기는 길이 2[m] 그리고 지름은 60[cm]다. 플라즈마 변수를 측정하는 데에는 지름 3[mm]와 5[mm]의 얇은 텅스텐 평판이 달린 싱글 평면 랑뮈어 프로브가 사용됐다. 열 전자를 방출하는 열음극은 순수한 텅스텐 필라멘트로 제작하였으며 필라멘트의 전형적인 방전 조건은 방전 전류 $I_d=0.2-4[A]$, 그리고 방전 전압 $V_d=25-200[V]$이다. 기저 진공 압력은 $P_0=10^{-6}[Torr]$이며 아르곤 가스의 압력을 0.25[mTorr]에서 1.00[mTorr]까지 변화시키며 플라즈마를 발생시켰다. 이러한 운영 조건은 플라즈마 전위 $\phi_p=3-6[V]$, 전자 온도 $T_e=1-2[eV]$, 그리고 전자 밀도 $n_e=10^8-10^{10}[cm^{-3}]$의 특성을 가진 플라즈마를 발생시켰다. 플라즈마 변수의 방사상 분포는 다양한 방전 조건에서 크게 변하지 않는 것으로 나타났으며 다중자기쌍극자의 배치와 자석 세기에 크게 영향을 받는 것을 확인했다. 그리고 방전 전력을 증가시키면 플라즈마 변수의 축방향 균일성이 높아지는 것으로 나타났다. 또한, 방전 전압과 전류는 $\phi_p$, $T_e$, 그리고 $n_e$를 제한된 범위 내에서 조정할 수 있었다. 이 장치는 기초 저온 플라즈마를 연구하는 데 사용될 것이다. 특히 자기 X-점에서 중성 입자가 코어 플라즈마에 미치는 영향이 앞으로 연구할 주요 주제이며, 따라서 이 장치의 이름을 MAXIMUS (Magnetic X-point sIMUlation System)라 명명했다.