一种离子源束流诊断用发射度仪制造技术

本实用新型专利技术属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种离子源束流诊断用发射度仪，设置在同位素电磁分离器上，同位素电磁分离器包括设置在真空室内、设有引出电极的离子源，离子源从引出电极的引出缝中射出离子束，其中，离子源束流诊断用发射度仪包括设置有探头的运动支撑机构，运动支撑机构能够使探头在真空室内的引出缝附近做往复直线运动，探头能够测量离子束的电流信号；还包括连接探头的扫描电源；还包括控制动支撑机构、扫描电源、处理探头所获得的电流信号的运动控制及数据采集系统。采用本实用新型专利技术的发射度仪能够精确测量低能强流弧放电离子源的发射度、测量束流功率达到1.5kW，测量束流张角达到±14.5°。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于同位素电磁分离器
，具体涉及一种离子源束流诊断用发射度仪。
技术介绍
电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，电磁分离法是利用能量相同、质量不同的离子在横向磁场中旋转半径不同实现同位素分离的。同位素电磁分离器就是采用电磁分离方法分离得到同位素的设备。待分离的离子束从同位素电磁分离器的离子源中射出，经同位素电磁分离器中的磁场分离，再被接收装置接收，完成同位素的分离工作。在这一分离过程中，需要测量同位素电磁分离器中离子束的束流在位置与动量的相空间上的分布。分布的面积为束流的发射度，用以表征束流的品质。离子源是同位素电磁分离器的关键设备(本技术所针对的是低能强流弧放电离子源，简称“离子源”)，束流的发射度是离子源设计的关键因素之一，对离子源像宽的影响很大，因此需要进行发射度的测量，在运行过程中，有时也需要实时测量发射度。因此，需要一种装置对发射度进行测量。离子源和离子束都处于真空环境中，对于离子束的发射度的测量也在真空环境中进行。发射度测量有多种方法，常用的有：缝—屏法、孔—荧光屏法、缝—丝法、电压扫描法。缝—丝法又可分为多缝单丝、单缝多丝和单缝单丝等不同形式。缝—屏法(即“胡椒罐”法)结构简单，但是无法测得束斑内的束流密度，无法考虑束流密度分布对发射度的贡献，束斑的边界也不易准确确定，使x’的误差较大。另外，每一个屏只能进行有限次的测量，而且要取出屏片后才能确定发射度值，效率较低。由于低能离子对屏有较强的溅射效应，故孔—荧光屏法不适用于低能强流离子束。缝—丝法可以获得比较准确的电流密度分布，丝杠也可以给出准确的位置，但是每次测量的时间较长。丝缝扫描发射度仪通过丝缝机械运动来测量不同(X,θ)相点下的束流密度，X取决于探头的空间位置，θ取决于丝相对于缝中心的位置。电压扫描法通过偏转电压的变化来获得不同(X,θ)相点下的束流密度，不同的偏转电压对于不同的θ。
技术实现思路
经过比较，电压扫描法有扫描时间短、探头结构简单易行的优点，更适用于低能强流离子束的发射度的测量。因此根据电压扫描的方式设计本技术的测量发射度的装置，实现低能强流弧放电离子源的发射度的测量，采用单缝—静电扫描型发射度仪测量直流束的发射度。设计的束流发射度仪能够测量束流功率达1.5kW(30kV，50mA)的束流。为达到以上目的，本技术采用的技术方案是一种离子源束流诊断用发射度仪，设置在同位素电磁分离器上，所述同位素电磁分离器包括设置在真空室内、设有引出电极的离子源，所述离子源从所述引出电极的引出缝中射出离子束，其中，所述离子源束流诊断用发射度仪包括设置有探头的运动支撑机构，所述运动支撑机构能够使所述探头在所述真空室内的所述引出缝附近做往复直线运动，所述探头能够测量所述离子束的电流信号；还包括连接所述探头的扫描电源；还包括控制所述动支撑机构、扫描电源、处理所述探头所获得的所述电流信号的运动控制及数据采集系统。进一步，所述运动支撑机构设置在所述真空室上，包括连接步进电机和螺母的丝杠，还包括与所述螺母相连、一端穿入所述真空室的传动杆、设置在所述真空室内的所述传动杆的一端的探头支架，所述探头安装在所述探头支架上，还包括把所述传动杆设置在所述真空室上的安装法兰，所述传动杆能够在所述步进电机的驱动下带动所述探头做往复直线运动，其中，所述传动杆采用密封的波纹管实现所述运动支撑机构在真空环境与非真空环境之间的运动贯穿，所述传动杆在所述真空室中的往复直线运动的行程能够达到±105mm。进一步，所述传动杆在所述真空室中的部分以及所述探头支架、探头的耐受功率达到1.5kW，所述耐受功率是指能够耐受的所述离子束的最大功率。进一步，还包括贯穿电极，所述贯穿电极一端与所述真空室内的所述探头相连，另一端设置在所述真空室之外的非真空环境中，所述贯穿电极采用金属电极与陶瓷材料相结合，能够实现5kV高压的电气贯穿，用于传输所述探头测量到的所述离子束的所述电流信号，所述陶瓷材料用于所述金属电极的绝缘。进一步，所述探头包括上下平行设置的、用于静电偏转的低电位极板、高电位极板，所述高电位极板设置在所述低电位极板上方；还包括设置在所述低电位极板、高电位极板两端的前缝口和后缝口，所述前缝口靠近所述离子源的所述引出缝；还包括设置在所述后缝口上的法拉第筒；所述离子束能够从所述前缝口进入所述低电位极板、高电位极板之间经过静电偏转后，从所述后缝口进入所述法拉第筒；所述低电位极板、高电位极板长度为200mm；所述低电位极板、高电位极板之间的间距为30mm；所述前缝口、后缝口宽度为0.5mm。进一步，所述扫描电源设置在所述真空室之外，所述扫描电源通过真空密封插头与所述真空室中的所述探头连接。进一步，所述扫描电源的扫描电压为±5kV，所述扫描电压的扫描步长为20V。进一步，所述探头上设有用于传输所述电流信号的信号连线，所述贯穿电极通过所述信号连线与所述探头相连。更进一步，所述运动控制及数据采集系统设置在所述真空室之外，与所述贯穿电极连接并获得所述电流信号。为达到以上目的，本技术还公开了一种用于以上所述离子源束流诊断用发射度仪的发射度探测方法，包括如下步骤：步骤(S1)，关闭所述扫描电源；开启所述运动支撑机构的所述步进电机的电源；设置所述步进电机的运行速度为5mm/s；使所述传动杆复位至初始状态；设定所述探头的当前位置为“0mm”；设定所述探头的目标位置为“200mm”；步骤(S2)，启动所述步进电机，使所述探头从“0mm”位置至“200mm”位置做匀速直线运动扫过所述离子束，得到所述离子束的束流密度分布图像；控制所述步进电机，使所述探头回到所述“0mm”位置；根据所述束流密度分布图像得到所述束流密度分布图像中全高宽对应的两个坐标X1、X2，作为所述探头扫描的起始位置X1和终止位置X2；步骤(S3)，设置所述步进电机的起始位置为X1，设置所述离子源束流诊断用发射度仪的空间分辨率的单位；步骤(S4)，启动所述步进电机，使所述步进电机从“0mm”位置运行到X1位置；步骤(S5)，开启所述扫描电源，所述探头开始扫描；扫描完毕，关闭所述扫描电源；步骤(S6)，控制所述步进电机按照步骤(S3)中所述空间分辨率的单位前进一步；步骤(S7)，开启所述扫描电源，所述探头开始扫描；扫描完毕，关闭所述扫描电源；步骤(S8)，重复步骤(S6)、步骤(S7)，直到所述探头移动超过所述X2位置为止。本技术的有益效果在于：1.能够精确测量低能强流弧放电离子源的发射度。2.能够测量束流功率达到1.5kW(30kV，50mA)的离子束。3.能够测量束流张角达到±14.5°的束流发射度。附图说明图1是本技术具体实施方式中所述发射度仪的示意图；图2是本技术具体实施方式中所述运动支撑机构的前视图；图3是本技术具体实施方式中所述运动支撑机构的俯视图；图4是本技术具体实施方式中所述探头及探头支架的前视图；图5是本技术具体实施方式中所述探头及探头支架的俯视图；图6是本技术具体实施方式中所述探头及探头支架的侧视图；图7是本技术具体实施方式中所述探头的原理示意图；图8是本技术具体实施方式中所述探头的第一关键尺寸及数值示意图；图9是本技术具体实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子源束流诊断用发射度仪，设置在同位素电磁分离器上，所述同位素电磁分离器包括设置在真空室(9)内、设有引出电极的离子源，所述离子源从所述引出电极的引出缝中射出离子束，其特征是：所述离子源束流诊断用发射度仪包括设置有探头(6)的运动支撑机构，所述运动支撑机构能够使所述探头(6)在所述真空室(9)内的所述引出缝附近做往复直线运动，所述探头(6)能够测量所述离子束的电流信号；还包括连接所述探头(6)的扫描电源；还包括控制所述动支撑机构、扫描电源、处理所述探头(6)所获得的所述电流信号的运动控制及数据采集系统。

【技术特征摘要】
1.一种离子源束流诊断用发射度仪，设置在同位素电磁分离器上，所述同位素电磁分离器包括设置在真空室(9)内、设有引出电极的离子源，所述离子源从所述引出电极的引出缝中射出离子束，其特征是：所述离子源束流诊断用发射度仪包括设置有探头(6)的运动支撑机构，所述运动支撑机构能够使所述探头(6)在所述真空室(9)内的所述引出缝附近做往复直线运动，所述探头(6)能够测量所述离子束的电流信号；还包括连接所述探头(6)的扫描电源；还包括控制所述动支撑机构、扫描电源、处理所述探头(6)所获得的所述电流信号的运动控制及数据采集系统。2.如权利要求1所述的发射度仪，其特征是：所述运动支撑机构设置在所述真空室(9)上，包括连接步进电机(1)和螺母(2)的丝杠(3)，还包括与所述螺母(2)相连、一端穿入所述真空室(9)的传动杆(4)、设置在所述真空室(9)内的所述传动杆(4)的一端的探头支架(8)，所述探头(6)安装在所述探头支架(8)上，还包括把所述传动杆(4)设置在所述真空室(9)上的安装法兰(5)，所述传动杆(4)能够在所述步进电机(1)的驱动下带动所述探头(6)做往复直线运动，其中，所述传动杆(4)采用密封的波纹管实现所述运动支撑机构在真空环境与非真空环境之间的运动贯穿，所述传动杆(4)在所述真空室(9)中的往复直线运动的行程能够达到±105mm。3.如权利要求2所述的发射度仪，其特征是：所述传动杆(4)在所述真空室(9)中的部分以及所述探头支架(8)、探头(6)的耐受功率达到1.5kW，所述耐受功率是指能够耐受的所述离子束的最大功率。4.如权利要求2所述的发射度仪，其特征是：还包括贯穿电极(19)，所述贯穿电极(19)一端与所述真空室(9)内的所述探头(6)相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹进文，任秀艳，吴灵美，屠锐，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11