一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构，该复合结构由永磁铁阵列最底层的过滤磁铁阵列、以及布设在该过滤磁铁阵列下方的离子源引出结构吸极磁铁组成;所述永磁铁阵列布设于多峰场负氢离子源圆筒状离子源内腔体和离子源外腔体之间；所述过滤磁铁阵列用于将过滤场强最高处的位置调整于等离子体电极之前、使得快电子在到达离子源引出结构之前被充分过滤掉；所述离子源引出结构吸极磁铁用于在场强最高处和所述过滤磁铁阵列形成叠加磁场、过滤掉等离子体电极之前的快电子；本发明专利技术通过抬高过滤场使其最高处恰好处在引出结构之前，使得等离子电极上表面的快电子及时被过滤掉，由此使得面产生的负氢离子不会被快电子破坏，提高了产额。提高了产额。提高了产额。

【技术实现步骤摘要】
一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构


[0001]本专利技术属于回旋加速器
，尤其涉及一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构。

技术介绍

[0002]在回旋加速器中，离子源技术是一项关键技术，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。离子源是束流的源头，决定着束流品质，也直接影响着回旋加速器的性能。
[0003]强流负氢射频离子源是近年来广泛需求的一种高产额高流强离子源，其引出流强在100mA以上，与现有技术的低产额低流强离子源相比，高产额高流强离子源实现难点在于：
[0004]高产额和现有技术多峰场虚拟过滤场磁场偏小相矛盾。现有技术虚拟过滤场磁场偏小的原因之一是因为过滤场最高峰不在腔体内。现有技术如专利号：201020700147.9、专利名称：产生虚拟过滤磁场的磁铁结构，其虚拟过滤磁场位于腔体以内、但其过滤磁场场强的最高点位于腔体以外的引出区域的等离子体电极的下表面。(虚拟过滤磁场用于过滤掉快电子而保留慢电子，过滤掉快电子的目的是使得腔体内产生的负氢离子不被快电子破坏掉：慢电子和受激的H原子产生负氢离子，快电子会使得负氢离子重新变为H原子)，由于过滤掉快电子依赖于该区域的过滤场磁场场强，当过滤磁场场强最高处不在所述腔体内时，其过滤掉的块电子也就不够充分、则有一部分快电子由于过滤不到位而进入了引出区域，由于引出区域负氢离子中掺杂了快电子，快电子就会破坏掉一部分负氢离子、使得引出区域负氢离子重新还原为初始状态，导致引出区域的负氢离子的产额减少；现有技术虚拟过滤场磁场偏小的原因之二是：最新理论研究表明，高温激发态的H2*与0.5eV的慢电子相互作用产生的H
‑
产额更高，而非先前认为的1eV，这就要求进一步提高磁场强度才能把1eV的电子也过滤掉，而现有的虚拟过滤场磁场是基于过滤掉1eV的电子而设计的，0.5eV的电子和1eV的电子相比，1eV的电子仍然能够把引出区的负氢离子破坏掉，因此，现有技术基于过滤1eV的虚拟过滤场磁场显得偏小；虚拟过滤场磁场偏小的原因之三是：由于采用内置线圈，馈入功率效率高了则产生的高能电子的能量就更高，高能电子能量更高对磁场强度要求更高，而现有技术的离子源虚拟过滤场磁场场强最大值偏低，且最高处不是位于腔体内的区域而是位于引出区域，因此使得腔体内的虚拟过滤场磁场显得偏小。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的问题，提出一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构，目的在于解决现有技术高产额和现有技术多峰场虚拟过滤场磁场偏小相矛盾的问题。
[0006]本专利技术为解决其技术问题采用以下技术方案。
[0007]一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构，其特征在于：该复合结构由永
磁铁阵列3最底层的过滤磁铁阵列3
‑
1、以及布设在该过滤磁铁阵列3
‑
1下方的离子源引出结构吸极磁铁4
‑
3组成；所述永磁铁阵列3布设于多峰场负氢离子源圆筒状离子源内腔体1
‑
2和离子源外腔体1
‑
3之间；所述过滤磁铁阵列3
‑
1用于将过滤场强最高处的位置调整于等离子体电极4
‑
1之前、使得快电子在到达离子源引出结构4之前被充分过滤掉、且过滤磁场在轴向分布的厚度适中；所述离子源引出结构吸极磁铁4
‑
3用于在场强最高处和所述过滤磁铁阵列3
‑
1形成叠加磁场、过滤掉等离子体电极4
‑
1之前的快电子；所述离子源引出结构吸极磁铁4
‑
3还用于在等离子体电极4
‑
1之后过滤掉进入离子源引出结构4的负氢离子中的慢电子；所述永磁铁阵列3包括沿着圆周方向间隔布设的、从顶层到底层的径向磁铁阵列、以及永磁铁阵列3最底层的切向磁铁阵列，所述最底层的切向磁铁阵列既是只保留最底层的切向磁铁、而去掉永磁铁阵列(3)最底层以上的切向磁铁阵列。
[0008]进一步地，所述过滤磁铁阵列3
‑
1用于将场强最高处的位置调整于等离子体电极4
‑
1之前、使得快电子在到达离子源引出结构4之前被充分过滤掉，具体为：该过滤磁铁阵列3
‑
1设有将永磁铁阵列3最底层的两条相对的径向磁铁替换为极性翻转的径向磁铁b1，以及在极性翻转后的径向磁铁b1两侧加入相同极性的切向磁铁b2和切向磁铁b3，抬高该径向磁铁b1、切向磁铁b2、切向磁铁b3与底面的距离，使得该抬高的距离为8mm。
[0009]进一步地，所述过滤磁场在轴向分布的厚度适中，具体为：过滤磁场在轴向分布的厚度约为50mm。
[0010]进一步地，在所述切向磁铁b2和切向磁铁b3上方加入相反极性的切向磁铁b4和切向磁铁b5以减薄过滤场，余下径向磁铁及切向磁铁用于形成约束等离子体的多峰场。
[0011]进一步地，所述引出结构用于和所述过滤磁铁阵列b形成复合磁场，具体为：该离子源引出结构4包括等离子体电极4
‑
1、吸极4
‑
2、吸极磁铁4
‑
3，该吸极4
‑
2中间嵌入上下两对相对而设的八字形45度倾角的吸极磁铁4
‑
3，所述上层的一对相对而设的八字形45度倾角的吸极磁铁4
‑
3，它们各自一个方向的磁场分量方向和所述过滤磁铁阵列3
‑
1的过滤磁场方向一致、并且两个磁场叠加在一起，由此形成过滤快电子的叠加磁场。
[0012]进一步地，所述上层的一对相对而设的八字形45度倾角的吸极磁铁4
‑
3，它们各自另一个方向的磁场分量用于使负氢束流中的慢电子偏转至吸级挡板，实现电子与负氢离子的分离。
[0013]进一步地，所述吸极4
‑
2与等离子体电极4
‑
1轴向距离为3.5mm，吸极厚度为15mm(3*5mm)，中间嵌入两对3*5*25mm的永磁体。
[0014]本专利技术的优点效果
[0015]1、本专利技术通过设计用于约束等离子体的多峰场、通过抬高过滤场使其最高处恰好处在引出结构之前，使得等离子电极上表面的快电子及时被过滤掉而不会进入引出区域，由此使得面产生的负氢离子不会被快电子破坏，提高了产额。
[0016]2、本专利技术通过设计等离子体电极的厚度、以及设计吸极和等离子体电极之间的距离，使得吸极磁铁产生的磁场能够和等离子体上表面或上表面附近的过滤磁场进行叠加，叠加后的过滤磁场由于场强提高，不仅能够把0.5eV的快电子过滤掉，还能把1eV的快电子也过滤掉，由此使得体产生和面产生的负氢离子的产额提高。
附图说明
[0017]图1为本专利技术负氢离子源装置示意图；
[0018]图2为本专利技术离子源内置式射频天线示意图；
[0019]图2a为本专利技术内置天线涂层厚度、介电常数、电阻率满足一定条件时，等离子体鞘层逼近于无电位示意图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构，其特征在于：该复合结构由永磁铁阵列(3)最底层的过滤磁铁阵列(3
‑
1)、以及布设在该过滤磁铁阵列(3
‑
1)下方的离子源引出结构吸极磁铁(4
‑
3)组成；所述永磁铁阵列(3)布设于多峰场负氢离子源圆筒状离子源内腔体(1
‑
2)和离子源外腔体(1
‑
3)之间；所述过滤磁铁阵列(3
‑
1)用于将过滤场强最高处的位置调整于等离子体电极(4
‑
1)之前、使得快电子在到达离子源引出结构(4)之前被充分过滤掉、且过滤磁场在轴向分布的厚度适中；所述离子源引出结构吸极磁铁(4
‑
3)用于在场强最高处和所述过滤磁铁阵列(3
‑
1)形成叠加磁场、过滤掉等离子体电极(4
‑
1)之前的快电子；所述离子源引出结构吸极磁铁(4
‑
3)还用于在等离子体电极(4
‑
1)之后过滤掉进入离子源引出结构(4)的负氢离子中的慢电子；所述永磁铁阵列(3)包括沿着圆周方向间隔布设的、从顶层到底层的径向磁铁阵列、以及永磁铁阵列(3)最底层的切向磁铁阵列，所述最底层的切向磁铁阵列既是只保留最底层的切向磁铁、而去掉永磁铁阵列(3)最底层以上的切向磁铁阵列。2.根据权利要求1所述一种用于射频离子源的高强度过滤磁场复合结构，其特征在于：所述过滤磁铁阵列(3
‑
1)用于将场强最高处的位置调整于等离子体电极(4
‑
1)之前、使得快电子在到达离子源引出结构(4)之前被充分过滤掉，具体为：该过滤磁铁阵列(3
‑
1)设有将永磁铁阵列(3)最底层的两条相对的径向磁铁替换为极性翻转的径向磁铁(b1)，以及在极性翻转后的径向磁铁(b1)两侧加入相...

【专利技术属性】
技术研发人员：农竹杰，贾先禄，张贺，丁傲轩，郑侠，凌丽，管锋平，方明阳，马楚韵，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：