本发明专利技术公开一种负氢离子引出装置，包括电场组件以及依次绝缘间隔设置的第一栅、第二栅和第三栅，第一栅、第二栅和第三栅设置有沿三者叠加方向并沿着同一轴线方向的通口，第二栅上设置有环绕其通口的环形磁体，电场组件包括加载在第一栅与等离子放电室之间的第一电压组件、加载在第二栅与第一栅之间的第二电压组件以及加载在第三栅与第二栅之间的第三电压组件，第一电压组件、第二电压组件和第三电压组件使得等离子放电室、第一栅、第二栅和第三栅的电位依次增高构成多级电场。本发明专利技术采用多级电场将等离子放电室中产生的负氢离子和电子引出，利用磁场将电子约束滤除，有效提高得到的负氢离子束流强度、提高束流纯度、改善束流品质。
A negative hydrogen ion extraction device
【技术实现步骤摘要】
一种负氢离子引出装置
本专利技术涉及离子源
，尤其涉及一种负氢离子引出装置。
技术介绍
离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置，是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。制约着强流质子回旋加速器发展的一个主要因素就是束流强度和束流品质，引出装置则是提高束流强度、改善束流品质的关键。从放电室内的等离子体中引出的束流主要由负氢离子和电子组成，并且电子束流的强度通常是负氢离子束流强度的几倍到几十倍，甚至上百倍，粒子受力处于非平衡态，且离子源内高能粒子影响能量分布和空间轮廓。因为电子束流的强度比负氢离子束流强度要高出一两个数量级，因此分离电子束流和负氢离子束流的难度较大，而引出束流的性能参数将直接影响加速器的性能指标。现有的负氢离子引出装置难以高效的将负氢离子引出，引出的负氢离子束流中夹带有较多的电子，难以有效滤除电子，束流强度低、束流品质差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种负氢离子引出装置，解决目前技术中的引出装置高效引出将负氢离子，难以有效滤除电子，束流强度低、束流品质差的问题。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案是：一种负氢离子引出装置，包括电场组件以及依次绝缘间隔设置的第一栅、第二栅和第三栅，所述的第一栅、第二栅和第三栅分别都设置有沿三者叠加方向的通口，并且三者的通口沿着同一轴线方向，所述第二栅上还设置有环绕其通口的环形磁体，所述的电场组件包括加载在第一栅与等离子放电室之间的第一电压组件、加载在第二栅与第一栅之间的第二电压组件以及加载在第三栅与第二栅之间的第三电压组件，第一电压组件、第二电压组件和第三电压组件使得等离子放电室、第一栅、第二栅和第三栅的电位依次增高从而构成多级电场。本专利技术所述的负氢离子引出装置采用具有不同电位的第一栅、第二栅和第三栅构成一个三栅引出系统，等离子放电室中产生的负氢离子和电子在第一栅、第二栅和第三栅所构成的多级电场加速下被引出，负氢离子和电子从低电位向高电位方向移动，即，负氢离子和电子沿着第一栅、第二栅到第的方向被引出，在负氢离子和电子经过第二栅的通口时，第二栅上的环形磁体产生高强度的磁场，使得电子被磁场约束，从而电子在第二栅处被滤除，负氢离子质量比电子大的多，负氢离子在第一电压组件、第二电压组件的作用下能够具有足够大的动能，从而负氢离子能够穿过环形磁体的磁场而进入第三栅，最终实现高效的引出负氢离子，高效的实现分离电子和负氢离子，有效提高得到的负氢离子束流强度、提高束流纯度、改善束流品质，达到加速器对负氢离子束的要求。进一步的，所述的第二栅上还设置有冷却机构，从等离子放电室中引出的电子束流强度大，电子携带了较高的能量，电子在第二栅处被磁场约束滤除时会引起第二栅温度迅速升高，温升会严重影响引出装置工作稳定性，因此本专利技术设置冷却机构来对第二栅进行降温冷却，确保负氢离子引出装置工作在适宜的恒定温度，保障工作稳定性，延长使用寿命。进一步的，所述的冷却机构为循环水冷机构，冷却效果好、效率高，保障负氢离子引出装置工作在适宜的恒定温度。进一步的，所述的环形磁体为永磁体，结构简单、紧凑，组装简单方便。进一步的，所述的环形磁体沿着第二栅的通口轴向设置有若干个，保障形成稳定而高强度的磁场，并且增长环形磁体的磁场所覆盖的轴向区域，提高对电子的约束滤除效果，进而有效提高最终得到的负氢离子束流强度、改善束流品质。进一步的，所述第一栅为表面镀有场致发射类型的类金刚石膜的钼板，能够增加负氢离子的产生率，增加从等离子放电室的等离子体中引出的束流中负氢离子的比例，类似于表面机制产生负氢离子，提高等离子体中质子和氢原子从金属表面俘获电子形成负氢离子的概率，从而显著提升负氢离子密度，进而提高最终得到的负氢离子束流强度。进一步的，所述第三栅上设置用于调节第三栅与第二栅之间间距的轴向调节机构，从而能够根据需要灵活改变第三栅与第二栅之间的电位差分布，方便控制引出负氢离子束流的大小、提高负氢离子束流的稳定性和束流的纯度。进一步的，所述第三栅还设置有用于调节其通口孔径的孔径调节机构，可以根据需要灵活调节负氢离子束流的大小。进一步的，所述的第一电压组件加载10KV电压，所述第二电压组件加载15KV电压，所述第三电压组件加载30KV～50KV的电压，使得第一栅、第二栅和第三栅构成稳定的多级电场，负氢离子在多级电场加速下被引出，束流强度高。进一步的，所述第一栅与等离子放电室之间、第一栅与第二栅之间以及第二栅与第三栅之间分别设置有绝缘体，绝缘体将等离子放电室、第一栅、第二栅和第三栅有效绝缘分隔开，保障多级电场的稳定可靠性，从而保障引出负氢离子束流的稳定性。与现有技术相比，本专利技术优点在于：本专利技术所述的负氢离子引出装置结构简单、紧凑，采用多级电场将等离子放电室中产生的负氢离子和电子引出，并利用磁场将电子约束滤除，高效的实现分离电子和负氢离子，实现高效的引出负氢离子，有效提高得到的负氢离子束流强度、提高束流纯度、改善束流品质，达到加速器对负氢离子束的要求。附图说明图1为负氢离子引出装置的结构示意图；图2为第二栅另一种实施方式的结构示意图；图3为第三栅的孔径调节机构的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开的一种负氢离子引出装置，从放电等离子体中高效的引出负氢离子，有效滤除电子，达到加速器对负氢离子束的要求。如图1至图3所示，一种负氢离子引出装置，主要包括电场组件以及依次绝缘间隔设置的第一栅1、第二栅2和第三栅3；第一栅1、第二栅2和第三栅3分别都设置有沿三者叠加方向的通口，并且三者的通口沿着同一轴线方向，第一栅1、第二栅2和第三栅3三者的通口形成等离子放电室中产生的负氢离子和电子被引出的通道；电场组件包括加载在第一栅1与等离子放电室之间的第一电压组件4、加载在第二栅2与第一栅1之间的第二电压组件5以及加载在第三栅3与第二栅2之间的第三电压组件6，第一电压组件4、第二电压组件5和第三电压组件6使得等离子放电室、第一栅1、第二栅2和第三栅3的电位依次增高从而构成多级电场，即，第一栅1的电位高于等离子放电室a，第二栅2的电位高于第一栅1，第三栅3的电位高于第二栅2，第一电压组件4加载10KV电压，从而可把带负电的粒子从等离子放电室a的等离子体中引出，所述的带负电的粒子即为负氢离子和电子，负氢离子和电子在第一电压组件4施加的电场作用下加速运动向第二栅2，所述第二电压组件5加载15KV电压，所述第三电压组件6加载30KV～50KV的电压，带负电的粒子在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负氢离子引出装置，其特征在于，包括电场组件以及依次绝缘间隔设置的第一栅(1)、第二栅(2)和第三栅(3)，所述的第一栅(1)、第二栅(2)和第三栅(3)分别都设置有沿三者叠加方向的通口，并且三者的通口沿着同一轴线方向，所述第二栅(2)上还设置有环绕其通口的环形磁体(21)，所述的电场组件包括加载在第一栅(1)与等离子放电室之间的第一电压组件(4)、加载在第二栅(2)与第一栅(1)之间的第二电压组件(5)以及加载在第三栅(3)与第二栅(2)之间的第三电压组件(6)，第一电压组件(4)、第二电压组件(5)和第三电压组件(6)使得等离子放电室、第一栅(1)、第二栅(2)和第三栅(3)的电位依次增高从而构成多级电场。/n
【技术特征摘要】
1.一种负氢离子引出装置，其特征在于，包括电场组件以及依次绝缘间隔设置的第一栅(1)、第二栅(2)和第三栅(3)，所述的第一栅(1)、第二栅(2)和第三栅(3)分别都设置有沿三者叠加方向的通口，并且三者的通口沿着同一轴线方向，所述第二栅(2)上还设置有环绕其通口的环形磁体(21)，所述的电场组件包括加载在第一栅(1)与等离子放电室之间的第一电压组件(4)、加载在第二栅(2)与第一栅(1)之间的第二电压组件(5)以及加载在第三栅(3)与第二栅(2)之间的第三电压组件(6)，第一电压组件(4)、第二电压组件(5)和第三电压组件(6)使得等离子放电室、第一栅(1)、第二栅(2)和第三栅(3)的电位依次增高从而构成多级电场。
2.根据权利要求1所述的负氢离子引出装置，其特征在于，所述的第二栅(2)上还设置有冷却机构。
3.根据权利要求2所述的负氢离子引出装置，其特征在于，所述的冷却机构为循环水冷机构。
4.根据权利要求1所述的负氢离子引出装置，其特征在于，所述的环形磁体(21)为永磁体。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，许丽，王世庆，柳建，李建，郑才国，王坤，桂兵仪，
申请(专利权)人：成都理工大学工程技术学院，
类型：发明
国别省市：四川;51
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