Motion of charged particles through a barrier created by non-uniform magnetic field with and without radial electric field

Abstract

By numerical calculation a motion of one charged Ar, Kr, Xe ions through the magnetic field barrier was studied (Hmax ~ 1 kG). It was shown that propagation and reflection of the ions is determined by the initial transverse energy of the ions and their masses. Ranges of change of transverse velocities for the particles with different masses that pass through the barrier were evaluated. The influence of direction of a radial electric field that was applied in the region occupied by the linearly decreasing magnetic field, on the particle motion was investigated. It was shown that radial deviation of particles from the axis of symmetry was essentially increased or decreased in comparison to zeroth electric field case depending on the electric fi eld direction. After the particle leaves the crossed-field region the magnitude of its axial velocity can be 1.5...2 times more compared to the starting velocity when the electric field was directed along the radius. Obtained results can be used to minimize the losses of the ions from a particle source by a proper disposition it in the magnetic field and to determine parameters which notably in uence beam formation.

Чисельним методом розглянуто рух однозарядних іонів Ar, Kr, Xe крізь бар'єр, що створюється неоднорідним аксіально-симетричним магнітним полем (Hmax ~ 1 кГс). Показано, що проходження і відбиття іонів залежить від початкової поперечної енергії частинок та їх маси. Приведені оцінки для граничних значень початкової поперечної швидкості частинок, що проходять. Показано, що накладення радіального електричного поля в області спадаючого магнітного поля помітно впливає на радіальне зміщення частинок різної маси та величину поздовжньої швидкості частинок. Отримані результати можуть бути застосовані при мінімізації втрат іонів, що вилітають з джерела, шляхом вибору місця розташування джерела і дозволяють оцінити параметри, які найсуттєвіше впливають на формування потоку частинок.

Численным методом рассмотрено движение однозарядных ионов Ar, Kr, Xe сквозь барьер, создаваемый неоднородным аксиально-симметричным магнитным полем (Hmax ~ 1 кГс). Показано, что прохождение и отражение ионов зависит от начальной поперечной энергии частиц и их массы. Приведены оценки для граничных значений начальной поперечной скорости проходящих частиц. Показано, что наложение радиального электрического поля в области спадающего магнитного поля заметно влияет на радиальное смещение частиц разной массы и величину продольной скорости частиц. Полученные результаты могут быть использованы для минимизации потерь ионов, вылетающих из источника путем выбора места расположения источника, и позволяют оценить параметры, наиболее существенно влияющие на формирование потока частиц.