Matching of beam phase density distribution with ion-optic characteristics of a probe-forming system in nuclear microprobe

The nonuniform phase density distribution of the beam particles and its nonlinear dynamic simulation in the probe-forming system used to obtain distribution profiles of the beam current density on the target subject to the conditions of a probe formation. These conditions are determined by the change of initial distribution parameters of the phase density due to the variation of position and lens excitations of a doublet of electrostatic quadrupoles. This approach allows us to find probe-forming modes when parameters of initial distribution of the beam phase density are matching up to ion optical characteristics of the probe-forming system of a microprobe. Such matching gives increase of the current density and decrease of the beam size on a spot.Основной задачей моделирования нелинейной динамики пучка в зондоформирующей системе с неравномерным распределением фазовой плотности частиц является получение профилей распределения плотности тока на мишени в зависимости от условий формирования зонда. Эти условия определяются изменением параметров начального распределения фазовой плотности в плоскости объектного коллиматора за счет выбора расположения и питания дублета электростатических квадрупольных линз. Такой подход позволяет найти режимы формирования зонда, при которых параметры начального распределения фазовой плотности пучка согласованы с ионно-оптическими характеристиками ЗФС микрозонда. Результатом согласования является увеличение плотности тока и уменьшение размеров пучка на мишени.Головним завданням моделювання нелінійної динаміки пучка в зондоформуючій системі з нерівномірним розподілом фазової щільності частинок є одержання профілів розподілу щільності струму на мішені у залежності від умов формування зонда. Ці умови визначаються зміною параметрів початкового розподілу фазової щільності в площині об'єктного коліматора за рахунок вибору розташування та живлення дублету електростатичних квадрупольних лінз. Такий підхід дозволяє знайти режими формування зонда, при яких параметри початкового розподілу фазової щільності пучка узгоджені з іонно-оптичними характеристиками ЗФС мікрозонда. Результатом узгодження є збільшення щільності струму і зменшення розмірів пучка на мішені

Методика обучения мальчиков 8 лет умениям управлять основными параметрами движений.

The aim of the research is to improve the teaching methodology of 8 years old boys of ability to control the basic parameters of movements. Objectives of the study: 1. Determine the effect of the correlations of special exercises, directed at the level of boys' skills for 8 years to manage the movements in space, time and the degree of muscular effort. 2. Determine the modality of the indicators of motor control in boys for 8 years from the ratio of time to perform special exercises. Material and methods. In this study were attended by 107 boys. Under the terms of the experiment eight experimental groups were created, in each of which there were 12-14 years old schoolchildren. In each group, students performed in the preparatory part of the lesson special exercises aimed at learning to manage the basic parameters movements. The difference between the research groups in the method of conducting classes dictated by the conditions of the factor experiment and was in different ways the ratio of the time of performing special exercises. Methods of research: analysis and generalization of scientific and methodical literature, pedagogical observation, pedagogical experiment, pedagogical examinations (tests), methods of planning multi-factor experiments, methods of mathematical statistics. The influence of different relations of the time of the implementation of special exercises on the result of indicators movement management was determined by the plan of a full factor experiment (PFE) type 23.  Results. It was established that the learning process of motor activities must precede the special tasks aimed at raising general level of ability to control movements in space, in time and in degree muscular effort. Analysis of regression equations allowed determining the optimal variants of the runtime ratio special exercises aimed at raising the skills of 8 year old boys manage the spatial, temporal and force characteristics of movements. The obtained results testify that in the lesson of physical culture total time of performing special exercises aimed at forming the ability to control the basic parameters of movements of 8 years old boys, is 14-16 minutes. The obtained regression models are the basis for planning educational work. This gives an opportunity to predict the expected results in Depending on the learning objectives and managing this process with help purposeful selection of joint performance of special exercises.Мета дослідження – вдосконалити методику навчання хлопчиків 8 років вмінням  керувати основними параметрами  рухів.  Завдання дослідження: 1. Визначити вплив співвідношень спеціальних вправ, спрямованих на  рівень  вмінь  хлопчиків 8 років керувати  рухами у просторі, за часом і за ступенем м’язових зусиль. 2. Визначити моделі залежності показників керування рухами у хлопчиків 8 років від співвідношення часу виконання спеціальних вправ. Матеріал і методи. В даному дослідженні взяли участь 107 хлопчиків. За умовами експерименту було створено по вісім дослідних груп, в кожній з яких було по 12-14 школярів. В кожній групі учні виконували в підготовчій частині уроку спеціальні вправи, спрямовані на навчання керувати основними параметрами рухів. Різниця між дослідними групами в методиці проведення занять диктувались умовами факторного експерименту і полягала в різному співвідношенні часу виконання спеціальних вправ. Методи дослідження: аналіз та узагальнення науково-методичної літератури, педагогічні спостереження, педагогічний експеримент, педагогічні контрольні іспити (тести), методи планування багатофакторних експериментів, методи математичної статистики. Вплив різних співвідношень часу виконання спеціальних вправ на результат показників керування рухами визначався за планом повного факторного експерименту (ПФЕ) типу 23. Результати. Встановлено, що процесу навчання руховим діям повинні передувати спеціальні завдання, спрямовані на підвищення загального рівня вмінь керувати рухами в просторі, за часом і за ступенем м’язових зусиль. Отримані результати свідчать про те, що в уроці фізичної культури  загальний час виконання спеціальних вправ, спрямованих на формування вмінь керувати основними параметрами рухів хлопчиків 8 років, складає 14-16 хвилин. Отримані моделі регресії служать підґрунтям для планування навчальної роботи. Це дає можливiсть прогнозувати очікувані результати в залежності від завдань навчання і  керувати даним процесом за допомогою цiлеспрямованого добору спiввiдношеня виконання  спецiальних вправ.Цель исследования - усовершенствовать методику обучения мальчиков 8 лет умениям управлять основными параметрами движений. Задачи исследования: 1. Определить влияние соотношений специальных упражнений, направленных на уровень умений мальчиков 8 лет управлять движениями в пространстве, во времени и по степени мышечных усилий. 2. Определить модели зависимости показателей управления движениями у мальчиков 8 лет от соотношения времени выполнения специальных упражнений. Материал и методы. В данном исследовании приняли участие 107 мальчиков. По условиям эксперимента было создано по восемь опытных групп, в каждой из которых было по 12-14 школьников. В каждой группе ученики выполняли в подготовительной части урока специальные упражнения, направленные на обучение управлять основными параметрами движений. Методы исследования: анализ и обобщение научно-методической литературы, педагогические наблюдения, педагогический эксперимент, педагогические контрольные испытания (тесты), методы планирования многофакторных экспериментов, методы математической статистики. Влияние различных соотношений времени выполнения специальных упражнений на результат показателей управления движениями определялся по плану полного факторного эксперимента (ПФЭ) типа 23. Результаты. Установлено, что процессу обучения двигательным действиям должны предшествовать специальные задания, направленные на повышение общего уровня умений управлять движениями в пространстве, во времени и по степени мышечных усилий. уроке физической культуры общее время выполнения специальных упражнений, направленных на формирование умений управлять основными параметрами движений мальчиков 8 лет, составляет 14-16 минут. Полученные модели регрессии служат основой для планирования учебной работы. Это дает возможность прогнозировать ожидаемые результаты в зависимости от задач обучения и управлять данным процессом с помощью целенаправленного отбора соотношений выполнения специальных упражнений

Possibilities of improving paraxial brightness in rf ion sources

The paraxial brightness in rf ion sources can be improved by redistributing the beam phase density, increasing the beam current density and using beam extraction systems with low aberrations. Experimental data are presented for the central region of a hydrogen or helium ion beam extracted from a helicon rf ion source with permanent magnets. A high-voltage (~6 kV) extraction structure of the rf ion source was investigated with imposed external magnetic field. The evolution of phase sets in the extraction structure with emission hole size approaching Debye radius was calculated for the helium plasma density of ~10¹² cm⁻³ with imposed nonuniform external magnetic field. The calculations were performed involving data on ion energy spread (~25 eV) of the helicon rf ion source with permanent magnets.Розглянуто можливості підвищення осьової яскравості ВЧ-джерела іонів за рахунок перерозподілу фазової щільності пучка, підвищення щільності струму пучка, застосування систем екстракції з низькими абераціями. Приведено експериментальні дані по дослідженню характеристик привісьової області пучка іонів водню, гелію, аргону, що витягається з геліконового ВЧ джерела іонів із системою постійних магнітів. Приведено результати дослідження високовольтної (~6 кВ) системи екстракції ВЧ-джерела іонів при накладенні зовнішнього магнітного поля. Проведено розрахунок еволюції фазових множин у системі екстракції з емісійним отвором порядку радіуса Дебая для щільності гелієвої плазми (~10¹² см⁻³) при накладенні зовнішнього неоднорідного магнітного поля. У розрахунках використані дані про енергетичний розкид іонів (~25 еВ) геліконового ВЧ-джерела іонів із системою постійних магнітів.Рассмотрены возможности повышения осевой яркости ВЧ-источника ионов за счет перераспределения фазовой плотности пучка, повышения плотности тока пучка, применения систем экстракции с низкими аберрациями. Приведены экспериментальные данные по исследованию характеристик приосевой области пучка ионов водорода, гелия, аргона, извлекаемого из геликонового ВЧ-источника ионов с системой постоянных магнитов. Приведены результаты исследования высоковольтной (~6 кВ) системы экстракции ВЧ-источника ионов при наложении внешнего магнитного поля. Проведен расчет эволюции фазовых множеств в системе экстракции с эмиссионным отверстием порядка радиуса Дебая для плотности гелиевой плазмы (~10¹² см⁻³) при наложении внешнего неоднородного магнитного поля. В расчетах использованы данные об энергетическом разбросе ионов (~25 эВ) геликонового ВЧ-источника ионов с системой постоянных магнитов

Resonant RF electromagnetic field input in the helicon plasma ion source

Spatial distribution of RF electromagnetic field absorption by a plasma electron subsystem of ion source is studied. An ion source operates in a helicon mode (wci < w < wce < wpe). A simplified model of plasma RF source is used for investigations. Calculations were performed for two particular geometrical dimensions of a discharge chamber with the assumption of two symmetrical modes excitation at two different pressure values of plasma forming gas (helium, hydrogen). The ion source injector parameters of IAP NASU nuclear scanning microprobe were taken for calculations. The calculations show a resonant behaviour of integral RF power absorption as a function of the external magnetic field at a fixed plasma density. Sharpness of resonances becomes smaller as plasma forming gas pressure grows. There is a distribution topography of absorbed power in a discharge chamber for the cases under research. The possible extracted ion current density is evaluated under Bohm criterion.Исследуется пространственное распределение поглощения ВЧ-электромагнитного поля электронной подсистемой плазмы источника. Источник ионов работает в геликонном режиме ( wci < w < wce < wpe). Для исследований используется упрощенная модель плазменного ВЧ источника. Расчеты проводились для двух конкретных геометрических размеров разрядной камеры в предположении возбуждения симметричных мод при двух различных значениях давления рабочего газа гелия, водорода. Для расчетов выбраны параметры источника ионов инжектора ядерного сканирующего микрозонда ИПФ НАН Украины. Результаты численного счета показывают резонансный характер интегрального поглощения ВЧ мощности в зависимости от значения величины магнитного поля при фиксированной плотности плазмы. Острота резонансов уменьшается с ростом давления рабочего газа. Приводится топография распределения величины поглощаемой мощности внутри объема разрядной камеры для рассмотренных случаев. На основании критерия Бома делается оценка значения плотности возможного извлекаемого ионного тока.Дослiджується просторовий розподiл поглинання ВЧ-електромагнiтного поля електронною пiдсистемою джерела. Джерело iонiв працює в гелiконному режимi( wci < w < wce < wpe) . Для дослiджень використано спрощену модель плазмового ВЧджерела. Розрахунки проводились для двох конкретних геометричних розмiрiв розрядної камери в припущеннi збудження симетричних мод при двох рiзних значеннях тиску робочого газу гелiя, водню. Для розрахункiв обрано параметри джерела iонiв iнжектора ядерного скануючого мiкрозонду IПФ НАН України. Результати чисельного розрахунку показують резонансний характер iнтегрального поглинання ВЧ потужностi в залежностi вiд значення величини магнiтного поля при фiксованiй густини плазми. Гострота резонансiв зменшується з ростом тиску робочого газу. Наведено топографiю розподiлу величини потужностi, що поглинається всерединi об'єму розрядної камери, для розглянутих випадкiв. На пiдставi критерiю Бома зроблено оцiнку значення густини можливого екстрагуємого iонного струму

Axial energy spread measurements of a 27.12 MHz multicusp ion source

A 4.7 cm diameter and 8 cm long 27.12 MHz radio-frequency (RF) inductively coupled multicusp ion source has been designed for ion beam applications. Ion energy distribution functions (IED) of the extracted helium and argon ion beams were measured by use of a retarding field energy analyzer. Influence of the RF power, gas pressure and the extraction voltage on the ion energy spread of the beam is described. The ion energy spread is found to be 7 eV for helium beam at 200 W RF power and gas pressure of 5 mTorr.Розроблено 27,12 МГц мультикаспове ВЧ- іонне джерело діаметром 4,7 см і завдовжки 8 см для іонно- пучкових застосувань. Обмірювано функції розподілу іонів з енергії (ФРІЕ) витягнутого гелієвого та аргонового пучків за допомогою енергоаналізатора із затримуючим полем. Розглянуто вплив ВЧ- потужності, тиску газу та витягаючої напруги на енергетичний розкид іонів пучка. Мінімальний енергетичний розкид іонів гелієвого пучка дорівнює 7 еВ при 200 Вт ВЧ- потужності та 5 мТорр тиску газу.Разработан 27,12 МГц- мультикасповый ВЧ- ионный источник диаметром 4,7 см и длиной 8 см для ионно- пучковых приложений. Измерены функции распределения ионов по энергии (ФРИЭ) извлеченного гелиевого и аргонового пучков с помощью энергоанализатора с задерживающим полем. Рассмотрено влияние ВЧ- мощности, давления газа и вытягивающего напряжения на энергетический разброс ионов пучка. Минимальный энергетический разброс ионов гелиевого пучка равен 7 эВ при 200 Вт ВЧ- мощности и 5 мТорр давления газа

Plasma density measurement of RF ion source

For a radiofrequency (27.12 MHz) inductively coupled ion source (3 cm diameter, 7 cm long, without external magnetic field, working gas-hydrogen, helium, argon), measurements of the average plasma density were made using an 8 mm microwave interferometer. The range of neutral gas pressure is 2-30 mTorr and RF-power is in the range 20-400 W. It is found that the plasma density increases with increased gas pressure and RF-power. A global discharge model is applied to relate the electron densities and the electron temperature in an argon plasma to the pressure and input power ranges of interest. The model calculations are compared to measured plasma density, showing fair agreement.Для високочастотного (27.12 МГц) індуктивного джерела іонів (3 см у діаметрі і довжиною 7 см, без зовнішнього магнітного поля, робочий газ - водень, гелій, аргон) були виконані виміри середньої щільності плазми за допомогою 8-ми міліметрового інтерферометра. Тиск робочого газу змінювався в діапазоні 2-30 мТорр, ВЧ-потужність - в діапазоні 20-400 Вт. Встановлено, що щільність плазми росте зі збільшенням робочого тиску і вхідної ВЧ-потужності. Щоб розрахувати електронну щільність і електронну температуру аргонової плазми в цікавлячому нас діапазоні тисків і ВЧ-потужності, була застосована глобальна модель плазменного розряду. Обчислена по глобальній моделі щільність плазми знаходиться у гарний згоді з експериментально обмірюваною величиною.Для высокочастотного (27.12 МГц) индуктивного источника ионов (3 см в диаметре и длиной 7 см, без внешнего магнитного поля, рабочий газ - водород, гелий, аргон) были выполнены измерения средней плотности плазмы с помощью 8-ми миллиметрового интерферометра. Давление рабочего газа изменялось в диапазоне 2-30 мТорр, ВЧ-мощность - в диапазоне 20-400 Ватт. Установлено, что плотность плазмы растет с увеличением рабочего давления и входной ВЧ-мощности. Чтобы рассчитать электронную плотность и электронную температуру аргоновой плазмы в интересующем нас диапазоне давлений и ВЧ-мощности, была применена глобальная модель плазменного разряда. Вычисленная по глобальной модели плотность плазмы находится в хорошем согласии с экспериментально измеренной величиной