J. Phys. France 42, 1247-1252 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:019810042090124700

Ionization equilibrium model for the multiply charged ion formation

S. Bliman et N. Chan-Tung

Département de Recherches sur la Fusion Contrôlée, Service IGn, Centre d'Etudes Nucléaires, 85 X, 38041 Grenoble Cedex, France

Abstract
A model is proposed to study an argon plasma ionization equilibrium. Considering elastic collisions between electrons, ions and neutrals, it appears that ion-ion collisions are dominant among these processes. From an evaluation of the diffusion coefficient, it is then possible to express an ion life time τ zi which varies as Zi2 (Zi being the ionic charge state). Balance equations are then solved with values of electron number density, electron and ion temperatures as observed in E.C.R. ion sources (Electron Cyclotron Resonance ion sources). The charge state distribution calculated from the model is compared with published experimental results. The agreement is good. It is suggested that increasing electron number density and decreasing neutral gas pressure, all other parameters being kept constant, would allow creation of hydrogen like argon ions.

Résumé
Un modèle d'équilibre d'ionisation d'un plasma d'argon est proposé. La considération des collisions élastiques entre électrons, ions et atomes neutres montre que les collisions ion-ion en sont les processus dominants. A partir de l'évaluation du coefficient de diffusion, on exprime un temps de vie des ions τZi qui varie comme Zi2 (Z i état de charge de l'ion). On résout les équations donnant l'équilibre de la densité des ions dans les différents états de charge Zi en fonction de la densité électronique, des températures électronique et ionique; les valeurs de ces grandeurs sont celles qui sont observées dans les sources à résonance cyclotron des électrons. La distribution des états de charge des ions est calculée et comparée aux résultats de mesure publiés. L'accord est satisfaisant. L'accroissement de la densité électronique et la diminution de la pression de gaz neutre, tous autres paramètres maintenus constants, permettraient la création d'ions argon hydrogénoïde.

PACS
5220F - Electron collisions.
5220H - Atomic, molecular, ion, and heavy-particle collisions.
5225 - Plasma properties.

Key words
plasma collision processes -- plasma density -- plasma temperature