El grupo de investigación de los profesores Chihiro Suzuki e Izumi Murakami en el Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, junto con el profesor Fumihiro Koike de la Universidad de Sophia, inyectó varios elementos con altos números atómicos y produjo iones altamente cargados * 1 en plasmas LHD.Espectro de emisión del rango de longitud de onda ultravioleta extrema, descubrieron una nueva línea espectral que no se había observado experimentalmente en el pasado. Este resultado no solo es significativo para la investigación de la ciencia básica, sino que también es información fundamental útil para la investigación de aplicaciones de plasma como el desarrollode fuentes de luz de litografía ultravioleta extrema * 2. Este resultado de investigación se presentó en una conferencia invitada en la 43ª Conferencia de la Sociedad Europea de Física de Plasma, que se celebró del 4 de julio de 2016 al 8 de julio de 2016.
Entre los elementos con un alto número atómico del quinto período y superiores en la tabla periódica por ejemplo, estaño, oro y otros, también hay muchos elementos cuyo aspecto completo del espectro es desconocido en el plasma.la alta energía es necesaria para generar iones altamente cargados donde se extrajeron muchos electrones, los dispositivos experimentales que pueden generar iones altamente cargados son limitados Además, incluso hay iones cuyas longitudes de onda de las líneas espectrales predichas por la teoría, que son cantidades físicas fundamentales, no tienenha sido verificado por experimentos. Entre estos elementos, tungsteno, una impureza que es un elemento importante para el Reactor Termonuclear Experimental Internacional ITER, y elementos de estaño y lantánido como posibles candidatos para las fuentes de luz de litografía EUV.Se requiere un modelo teórico para estos iones altamente cargados.
Buscando alcanzar la energía de fusión, la investigación sobre el confinamiento de un plasma a alta temperatura por el campo magnético se está llevando a cabo activamente en todo el mundo. Sin embargo, las impurezas que han ingresado en un plasma a alta temperatura se convierten en iones altamente cargados. En ese proceso,La energía obtenida del plasma se emite como luz y provoca la disminución de la temperatura. Debido a que el LHD puede confinar el plasma a alta temperatura de manera estable durante un largo período de tiempo y permite una gran cantidad de impurezas, deliberadamente permite que entren impurezas.en el plasma. Esto es beneficioso para la investigación sobre el espectro de emisión de iones altamente cargados.
Utilizamos el Pellet Sólido Encapsulado Trazador TESPEL * 3 desarrollado para investigar el comportamiento de las impurezas en plasmas de alta temperatura: estaño, gadolinio, tungsteno, oro, bismuto y otros elementos, que se encuentran en el quinto y elsextos períodos de la tabla periódica, se encapsularon en gránulos, y estos gránulos se inyectaron en un plasma de alta temperatura LHD. Usando el espectrómetro ultravioleta al vacío de incidencias de pastoreo * 4, la emisión de luz del espectro ultravioleta extremo longitud de onda alrededor de 1 -- 15 nanómetros se observó sistemáticamente. Al controlar la potencia de calentamiento después de la inyección del gránulo, desde la condición de alta temperatura de electrones > 2keV hasta la condición hueca en la que la temperatura central se vuelve cero, logramos con éxito un espectro en esta amplia temperaturaComo resultado, en respuesta a los cambios en la temperatura, observamos un cambio dramático, y tanto en los casos de alta temperatura como en los de baja temperatura, el ion dominante altamente cargadoSe observaron líneas espectrales.Entre estos, con respecto a las líneas espectrales de terbio, holmio y tulio números atómicos 65, 67 y 69, estos fueron confirmados experimentalmente por primera vez en el mundo.Hay líneas espectrales que coinciden con las longitudes de onda teóricamente predichas y las líneas de espectro que se deslizan ligeramente, y estos son datos útiles para la validación de los cálculos teóricos.
Estos resultados de investigación, al descubrir nuevas líneas espectrales que no se habían observado experimentalmente hasta ahora, son importantes no solo para la investigación fundamental, sino que también pueden ser significativos incluso para presentar direcciones fundamentales para alguna investigación de plasma aplicada. De esta investigación, dos-tercios de los elementos desde el número atómico 50 hasta el número atómico 83 se han investigado en el LHD y se ha compilado una base de datos experimental sistemática, entre estos elementos, se avanza en la investigación sobre estaño, gadolinio, terbio y otros elementos como fuentes de luz de plasma parauso en la litografía EUV para conductores de la próxima generación. Además, el oro y el bismuto se están convirtiendo en candidatos para materiales de fuente de luz para bio-microscopios de alto contraste que usan el llamado rango de ventana de agua * 5. Tungsteno, como material de pared para ITER, es necesario para comprender el mecanismo de emisión de luz de los iones en un plasma. La base de datos de experimentos obtenida de esta investigación ofrecerá datos fundamentales de ayudal para mejorar la precisión de las simulaciones.
Explicación de la terminología : * 1 Iones altamente cargados: iones donde muchos electrones se eliminan de los átomos neutros. Estos existen en el plasma de alta temperatura como el plasma de fusión y la corona solar. Debido a la fuerte fuerza de Coulomb del núcleo, esos iones muestran características diferentes deátomos neutros o iones con bajas cargas.
* 2 Litografía ultravioleta extrema EUV: tecnología de fabricación de semiconductores que transfiere un patrón de circuito diminuto a una oblea de silicio utilizando una luz de longitud de onda ultravioleta extrema EUV. En la medida en que la longitud de onda es corta, es posiblepara reproducir un patrón de minutos. Actualmente se está desarrollando la tecnología de litografía que utiliza una longitud de onda de 13,5 nanómetros de plasma de estaño.
* 3 Pellet Sólido Encapsulado con Trazador TESPEL: Esto fue desarrollado en el Instituto Nacional de Ciencia de Fusión para comprender el comportamiento de las impurezas en un plasma de alta temperatura. Dentro de la esfera hueca hecha de poliestireno hay un objeto sólidoimpureza insertada como un gránulo. El TESPEL se inyecta en un plasma usando un dispositivo de inyección. La impureza se inyecta directamente en el plasma cerca del núcleo.
* 4 Espectrómetro ultravioleta al vacío con incidencia de pastoreo: un espectrómetro utilizado en rangos de longitud de onda de aproximadamente uno a quince nanómetros que no son transmisores en el aire. Un dispositivo que separa la luz en cada longitud de onda generalmente se llama espectrómetro.nombre porque en este rango de longitud de onda el dispositivo está en el vacío y la luz debe introducirse en un ángulo extremadamente superficial.
* 5 Ventana de agua: El rango de una longitud de onda de 2.3 a 4.5 nanómetros ubicado entre los bordes de absorción de los rayos X característicos de oxígeno y carbono. Esto se llama así porque la luz en este rango es opaca con respecto alSin embargo, las proteínas que provienen principalmente del oxígeno con respecto al agua son transparentes. Debido a que el organismo vivo está compuesto principalmente de proteínas y agua, si usamos la luz en este rango, se cree que los organismos vivos pueden ser fácilmente observados porcontraste. Se requiere el desarrollo de fuentes de luz de alta eficiencia para su uso en microscopios.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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