一种强流负氢多峰场射频离子源引出结构制造技术

本发明专利技术公开了一种强流负氢多峰场射频离子源引出结构，该引出结构设有沿着轴向依次布设在离子源腔体底部的等离子体电极、吸极、吸极磁铁、吸级挡板、等离子体电极固定件、吸极固定件、地电级；所述等离子体电极开孔的入口侧设有一张角倾斜面，该张角倾斜面上表面镀有参硼金刚石薄膜用于负氢离子的面产生；该吸级用于改善负氢离子引出的包络形状，使得该包络形状即不发散也不收缩；所述吸极磁铁用于导引负氢离子引出的轨道为直线轨道；本发明专利技术通过在引出结构等离子体电极上增加倾角面，提高了产额；通过设计吸极的厚度、以及其与等离子体电极的轴向距离，在避免击穿的条件下使得吸极磁场和等离子体电极上表面的过滤磁场最高点实现叠加，提高了产额。提高了产额。提高了产额。

【技术实现步骤摘要】
一种强流负氢多峰场射频离子源引出结构


[0001]本专利技术属于回旋加速器
，尤其涉及一种强流负氢多峰场射频离子源引出结构。

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]难点之一、高产额引出和负氢离子产生空间受到局限性相矛盾。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，其负氢离子的产生只能在腔体内体(1)内产生而没有另外的产生方式，如其附图1所示，其等离子体电极(等离子体电极布设在腔体的末端紧接着腔体)的引出通道入口没有张角、其入口和出口是上下垂直的，所以没有面产生的负氢离子而只有体产生的负氢离子。若要增加产额就必须增加馈入功率，增加馈入功率则增加材料成本和制作成本，如果不加大成本，则离子源的产额就只能限于目前的产量而不能再提高。
[0005]难点之二、高产额和空间电荷效应相矛盾。高产额引出就意味着离子源引出区内产生大量等离子体，引出大量的等离子体，空间电荷效应会十分显著，使得束流发射度更大，散度更大大，而等离子体鞘层影响和决定等离子体发射面形状，这对引出结构提出了更高的要求。当引出结构中的间距、张角大小、引出端的厚度、引出电极的形状、地电级的厚度和形状等设计得不恰当时，等离子体鞘层会对发射面形状产生影响：发射面形状为发散形或者为过聚焦形，发射面形状为发散形时，发散的束流会打在应用端的接收束流的管道上，当发射面形状为过聚焦形时，束流在之后的路径中仍会发散，这也是不希望的。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的问题，提出一种强流负氢多峰场射频离子源引出结构，目的在于解决现有技术高产额引出和负氢离子产生空间受到局限性相矛盾、以及高产额和空间电荷效应相矛盾的问题。
[0007]本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案。
[0008]一种多峰场强流负氢射频离子源引出结构，其特点是：该引出结构设有沿着轴向依次布设在离子源腔体底部的等离子体电极4
‑
1、吸极4
‑
2、吸极磁铁4
‑
3、吸级挡板4
‑
4、等离子体电极固定件4
‑
5、吸极固定件4
‑
6、地电级4
‑
7；所述等离子体电极4
‑
1用于接收待引出的粒子并让粒子从中间的开孔中通过、且开孔的入口侧设有一张角倾斜面，该张角倾斜面上表面镀有参硼金刚石薄膜，该张角倾斜面用于负氢离子的面产生；所述吸级4
‑
2用于改善
负氢离子引出的包络形状，使得该包络形状即不发散也不收缩，该吸级4
‑
2带有尖角伸出、尖角伸向等离子体电极的下表面；所述吸极磁铁4
‑
3用于导引负氢离子引出的轨道为直线轨道、并且使负氢束流中的电子偏转至吸级挡板4
‑
4；该吸极磁铁4
‑
3分上下两层布设在吸极4
‑
2的中间，每一层为相互倾斜的一对永磁体；所述地电级4
‑
7用于和等离子体电极4
‑
1形成负氢离子引出的电压场；其中，电极之间由绝缘体隔开，在吸极与等离子体电极之间加有可调的吸级电压以调节束流分布。
[0009]进一步地，所述该吸极磁铁4
‑
3分上下两层布设在吸极4
‑
2的中间，每一层为相互倾斜的一对永磁体，具体为：其上层的一对永磁体成八字形，各自和等离子体电极4
‑
1平面成45度倾角，下层的一对永磁体成倒八字形，且各自和等离子体电极4
‑
1平面成45度倾角，下层的一对永磁体的磁场方向和上层的一对永磁体的磁场方向相反，磁场方向相反的下层的一对永磁体用于纠正负氢离子的引出方向。
[0010]进一步地，所述等离子体电极4
‑
1中间的开孔张角为45
°
，厚度为4mm，孔径为16mm,且有一1mm*1mm的槽，其对地电压为60kV。
[0011]进一步地，所述吸极4
‑
2与等离子体电极轴向距离为3.5mm，厚度为15mm(3*5mm)，中间嵌入两对3*5*25mm的永磁体；其第一孔径为12mm，尖角与等离子体电极轴向距离为1mm，尖角伸出处孔径为17mm；第二孔径为15mm；第三孔径为16mm，为圆角，其对地电压为47
‑
50kV，即等离子体电极与吸级之间的吸级电压为10
‑
13kV。
[0012]进一步地，所述地电级4
‑
7厚度为5mm，与吸极2轴向距离为13.5mm。
[0013]本专利技术的优点效果
[0014]1、本专利技术针对强流负氢多峰场射频离子源高压引出，高流强引出的技术要求，通过在引出结构等离子体电极上增加倾角面，使得负氢离子由体产生变为体产生+面产生，提高了产额，解决了在60kV高压下引出高于100mA负氢流强的问题，
[0015]2、本专利技术通过设计吸极的厚度、以及吸极与等离子体电极的轴向距离在冷却与避免击穿的条件下取最小值，使得吸极磁场能够和等离子体电极上表面的过滤磁场的最高点实现叠加，提高了产额，该流强指标达到国内领先水平。
[0016]3、本专利技术通过设计吸极尖角，使得吸极尖角距离等离子体电极为1mm,有效改善了因空间电荷效应而导致束流发射面发散的状况，使得束流发射面更加趋近于直线。
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；
[0020]图2b为本专利技术实现等离子体鞘层无电位示意图；
[0021]图3a为现有技术多峰场负氢离子源内的多峰场磁铁剖面图；
[0022]图3b为现有技术多峰场负氢离子源内的多峰场磁铁俯视图；其中a为径向磁铁阵列、b为切向磁铁阵列；
[0023]图3c为本专利技术多峰场负氢离子源内的过滤磁铁阵列剖面图；
[0024]图3d为本专利技术多峰场负氢离子源内的过滤磁铁阵列俯视图；
[0025]图4a为本专利技术离子源引出结构剖面图；
[0026]图4b为本专利技术离子源引出结构尺寸图；
[0027]图4c为本专利技术多峰场负氢离子源复合结构过滤场叠加磁场示意图；
[0028]图4d为本专利技术离子源引出结构引出120mA离子仿真束流包络线示意图。
[0029]图4d为本专利技术离子源引出结构引出120mA离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多峰场强流负氢射频离子源引出结构，其特征在于：该引出结构设有沿着轴向依次布设在离子源腔体底部的等离子体电极(4
‑
1)、吸极(4
‑
2)、吸极磁铁(4
‑
3)、吸级挡板(4
‑
4)、等离子体电极固定件(4
‑
5)、吸极固定件()(4
‑
6)、地电级(4
‑
7)；所述等离子体电极(4
‑
1)用于接收待引出的粒子并让粒子从中间的开孔中通过、且开孔的入口侧设有一张角倾斜面，该张角倾斜面上表面镀有参硼金刚石薄膜，该张角倾斜面用于负氢离子的面产生；所述吸级(4
‑
2)用于改善负氢离子引出的包络形状，使得该包络形状即不发散也不收缩，该吸级(4
‑
2)带有尖角伸出、尖角伸向等离子体电极的下表面；所述吸极磁铁(4
‑
3)用于导引负氢离子引出的轨道为直线轨道、并且使负氢束流中的电子偏转至吸级挡板(4
‑
4)；该吸极磁铁(4
‑
3)分上下两层布设在吸极(4
‑
2)的中间，每一层为相互倾斜的一对永磁体；所述地电级(4
‑
7)用于和等离子体电极4
‑
1形成负氢离子引出的电压场；其中，电极之间由绝缘体隔开，在吸极与等离子体电极之间加有可调的吸级电压以调节束流分布。2.根据权利要求1所述一种多峰场强流负氢射频离子源引...

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