用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔制造技术

本发明专利技术公开一种用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，其涉及超导ECR离子源约束装置技术领域，且包括：弧腔筒体，所述弧腔筒体的壁体内限定出若干条通水孔道以供冷水流动，若干条所述通水孔道沿所述弧腔筒体的周向均布，所述通水孔道内在对应离子源磁场薄弱处并列固接多个相间隔的翅片，多个所述翅片形成供冷水流通的微流道。本发明专利技术实施例提供的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔中，通水孔道用于供冷水流经并吸热，当冷水流经对应离子源磁场薄弱处形成的微流道，并列设置的多个翅片能够与冷水充分换热，也即冷水对于该处弧腔筒体的吸热效率增大，从而能够保证足够的冷却效果以避免弧腔筒体过热报废，进而能够延长装置使用周期。装置使用周期。装置使用周期。

【技术实现步骤摘要】
用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔


[0001]本专利技术涉及超导ECR离子源约束装置
，尤其涉及一种用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔。

技术介绍

[0002]在低能强流高电荷态重离子研究装置LEAF(Low Energy Highly
‑
Charged Ion AcceleratorFacility)项目中，利用重离子束流开展的研究工作不断深化着人类对物质的微观结构和宇宙演化的认识。物理终端人员需要诸如U
50+
自然界最重的元素，且电荷态极高，纵观目前世界上任何一台电子回旋共振(ECR)离子源都不能满足这种需求，目前该领域在世界上最高功率只能达到10KW。针对项目研制的离子源将需要20KW的超高功率，是在世界上首次产生连续束高流强超高电荷态重离子束，随之会有一系列的问题需要解决，其中弧腔就是该项目的瓶颈之一。
[0003]在相关技术中，高电荷态超导ECR离子源的相关设计均需调整，直筒拐弯弧腔无法满足LEAF项目的要求，在实验中多次损伤报废。该问题属于世界性的难题，国外多个相关领域的实验室均出现弧腔报废问题，且无法解决。
[0004]因此，针对超高功率高微波频率的ECR离子源，需要提供一种弧腔能够保证足够冷却效果，以能够避免弧腔报废，进而提高弧腔的使用周期。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，旨在能够在适应超高功率高微波频率的ECR离子源的前提下，保证足够的冷却效果以避免弧腔筒体过热报废，进而能够延长弧腔筒体以及整个装置的使用周期。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，包括：弧腔筒体，所述弧腔筒体的壁体内限定出若干条通水孔道以供冷水流动，若干条所述通水孔道沿所述弧腔筒体的周向均布，所述通水孔道内在对应离子源磁场薄弱处并列固接多个相间隔的翅片，多个所述翅片形成供冷水流通的微流道。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述通水孔道设置为六条。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，六条所述通水孔道均分为两组，两组所述通水孔道交替布设，其中一组所述通水孔道形成的微流道位于沿所述弧腔筒体轴向的第一横截面上，另一组所述通水孔道形成的微流道位于沿所述弧腔筒体轴向的第二横截面上。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述通水孔道靠近所述微流道的位置设置朝所述微流道逐渐收缩的收缩孔道。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，多个所述翅片沿所述弧腔筒体的周向依次间隔布设，多个所述翅片两两之间形成微流道，且所述翅片沿所述弧腔筒体轴向的横截面与所述微流道沿所述弧腔筒体轴向的横截面相同。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述翅片沿所述弧腔筒体轴向的横截面的宽度、以及所述微流道沿所述弧腔筒体轴向的横截面的宽度，小于等于0.4mm。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述弧腔筒体的壁厚选自范围1.3mm至1.7mm。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，弧腔内筒，外周面开设有通水槽，所述通水槽内固接所述翅片；弧腔外筒，适于套设于所述弧腔内筒的外周面，且其内侧壁面盖合所述通水槽而形成所述通水孔道。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述弧腔外筒与所述弧腔内筒通过过盈配合紧密安装。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，在安装之前，加热所述弧腔外筒使其膨胀，冷却所述弧腔内筒使其缩小，再将所述弧腔外筒套设于所述弧腔内筒的外周面，在温度平衡后实现所述弧腔外筒与所述弧腔内筒的过盈配合。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述通水槽以及所述翅片被配置为采用雕刻加工工艺形成。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述弧腔外筒包括薄壁外筒结构及位于所述薄壁外筒结构轴向一端外侧的外侧法兰，所述外侧法兰沿周向间隔地设有六个通水孔用以分别连通六条所述通水孔道；所述弧腔内筒包括供所述薄壁外筒结构套设且用以开设通水槽的薄壁内筒结构、及位于所述薄壁内筒结构远离所述外侧法兰的端部的内侧法兰，所述内侧法兰中间开设有设置等离子体引出电极的安装位且内部围绕所述安装位设置有相独立的三个折弯管路，三个所述折弯管路分别连接有用作进水水路的一所述通水孔道、及用作出水水路的另一所述通水孔道。
[0019]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有至少以下优点：
[0020]一、若干条通水孔道用于供冷水流经并对弧腔筒体进行吸热，当冷水流经对应离子源磁场薄弱处形成的微流道，此处并列设置的多个翅片能够使冷水分流，被分流后的冷水在狭隘流道内流动，且与弧腔筒体的换热面积增大，从而能够与冷水充分换热，也即冷水对于该处弧腔筒体的吸热效率增大，如此便能够保证足够的冷却效果以避免弧腔过热报废，进而能够延长弧腔筒体以及整个装置的使用周期。
[0021]二、微流道的具体设置位置可根据实际作适应性调整，以适应不同的现实要求，具体地，根据ECR离子源磁场的特点，通过物理模拟计算，精确地算出多个弱场极易烧坏的区域，针对最易损伤的位置设置微流道，增加冷却效果以保证在实际情况下的易烧坏区域的冷却效果，具有实际推广的积极意义。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一些实施例的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术一些实施例的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔中的弧腔内筒的结构示意图；
[0024]图3是本专利技术一些实施例的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔中的翅片及微流道等的结构示意图；
[0025]图4是图3所示的翅片及微流道等的另一视角结构示意图。
[0026]附图中标记：
[0027]1、弧腔外筒；
[0028]2、弧腔内筒；
[0029]3、挡水柱；
[0030]4、翅片；
[0031]5、微流道；
[0032]6、通水孔道；
[0033]A
‑
A、第一横截面；
[0034]B
‑
B、第二横截面。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
[0036]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0037]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，其特征在于，包括：弧腔筒体，所述弧腔筒体的壁体内限定出若干条通水孔道以供冷水流动，若干条所述通水孔道沿所述弧腔筒体的周向均布，所述通水孔道内在对应离子源磁场薄弱处并列固接多个相间隔的翅片，多个所述翅片形成供冷水流通的微流道。2.根据权利要求1所述的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，其特征在于，所述通水孔道设置为六条。3.根据权利要求2所述的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，其特征在于，六条所述通水孔道均分为两组，两组所述通水孔道交替布设，其中一组所述通水孔道形成的微流道位于沿所述弧腔筒体轴向的第一横截面上，另一组所述通水孔道形成的微流道位于沿所述弧腔筒体轴向的第二横截面上。4.根据权利要求1所述的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，其特征在于，所述通水孔道靠近所述微流道的位置设置朝所述微流道逐渐收缩的收缩孔道。5.根据权利要求4所述的用于超高功率的ECR离子源的水冷微流道弧腔，其特征在于，多个所述翅片沿所述弧腔筒体的周向依次间隔布设，多个所述翅片两两之间形成微流道，且所述翅片沿所述弧腔筒体轴向的横截面与所述微流道沿所述弧腔筒体轴向的横截面相同；和/或所述翅片沿所述弧腔筒体轴向的横截面的宽度、以及所述微流道沿所述弧腔筒体轴向的横截面的宽度，小于等于0.4mm；和/或所述弧腔筒体的壁厚选自范围1.3mm至1.7mm。6.根据权利要求1至5任一项所述的的用于超高功率的EC...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊伟，张雪珍，孙良亭，李立彬，赵红卫，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：