【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粒子加速器，具体涉及一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置及方法。
技术介绍
1、电子回旋共振(electron cyclotron resonance，缩写为ecr)离子源因其提供的离子种类丰富、电荷态分布广泛以及引出离子束流流强高而被大量应用在离子加速器上。
2、目前，离子无法在电子回旋共振离子源的等离子体弧腔内累积，导致引出离子束流的强度较低，无法满足下一代重离子加速器的需求，
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置及方法，用于解决目前离子无法在电子回旋共振离子源的等离子体弧腔内累积，导致引出离子束流的强度较低，无法满足下一代重离子加速器的需求问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术公开了一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，包括电子回旋共振离子源和引出电极，所述电子回旋共振离子源配置有等离子体弧腔，所述引出电极包括等离子体电极和抑制电极，所述等离子体电极和所述抑制电极均采用金属材质制造而成；所述等离子体电极为环状结构，所述等离子体电极的环上外壁插设并固定所述等离子体弧腔的离子出口的内壁上，实现与等离子体弧腔电连接；所述等离子体弧腔的离子出口端分别配置有右法兰盘，所述抑制电极为两端开口、内部中空的结构体，所述抑制电极通过右法兰盘设置在等离子体弧腔的离子出口端的外侧，所述抑制电极与所述等离子体电极通过气隙绝缘
4、优选地，所述抑制电极的前端端面与所述等离子体电极的后端端面通过气隙绝缘，且所述等离子体电极的环内与所述抑制电极的内部相连通形成束流通道；其中，所述抑制电极用于承接变化电压，当抑制电极上的电压高于等离子体电极上的电压时，离子在等离子体弧腔内累积；当抑制电极上的电压低于等离子体电极上的电压时，累积在等离子体弧腔内的离子被释放，形成强流脉冲离子束，且所述强流脉冲离子束从所述束流通道引出。
5、优选地，所述右法兰盘套设在所述引出电极的抑制电极上，且通过螺栓固定在等离子体弧腔的离子出口端的外侧，使抑制电极的前端端面与等离子体电极的后端端面靠近但并不接触，以实现所述抑制电极的前端端面与所述等离子体电极的后端端面的气隙绝缘。
6、优选地，所述抑制电极包括圆台引入端、中间圆筒部、过度圆台和圆筒引出端，所述圆台引入端的扩大端和所述过度圆台的缩小端分别固定在所述中间圆筒部的两端，所述圆筒引出端的引出端与所述过度圆台的扩大端固定连接，形成两端开口、内部中空的结构体；所述抑制电极的圆台引入部的前端端面固定在所述等离子体电极的后端的端面上。
7、优选地，还包括绝缘陶瓷环和地电极，所述绝缘陶瓷环采用陶瓷材质制造而成，所述地电极为采用金属材质制造而成的筒状结构；所述抑制电极的圆筒引出端与所述地电极通过所述绝缘陶瓷环连接在一起，且所述抑制电极与所述地电极之间通过所述绝缘陶瓷环绝缘隔开；所述等离子体电极的环内、所述抑制电极的内部以及所述绝缘陶瓷环内和所述地电极的内部彼此相连通形成所述束流通道。
8、优选地，所述绝缘陶瓷环的外壁上配置有外圆筒，所述绝缘陶瓷环位于所述外圆筒的内部的中间位置，将所述外圆筒的两端分为前筒部和后筒部，所述外圆筒的前筒部套在所述抑制电极的圆筒引出端的外壁上，所述外圆筒的后筒部套在所述地电极的筒外壁上。
9、优选地，所述绝缘陶瓷环包括三个大小、形状都相同的环体，三个环体设置在所述外圆筒的内部的中间位置，且外侧的两个环体分别卡设在所述抑制电极的圆筒引出端的外端端口和所述地电极的筒端端口；外侧的两个环体与中间的环体相互平行，且相邻之间留有间隙。
10、优选地，所述外圆筒的前筒部和后筒部的端口边缘分别设置有前凸缘和后凸缘，所述抑制电极的圆筒引出端的前端设置有第一凸缘，所述地电极的筒口设置有第二凸缘，所述外圆筒的前筒部套在所述抑制电极的圆筒引出端的外壁上，且所述第一凸缘与所述前凸缘紧邻并通过螺栓连接；所述外圆筒的后筒部套在所述地电极的筒外壁上，且所述后凸缘与所述第二凸缘紧邻并通过螺栓连接。
11、优选地，还包括脉冲电源、微波机和脉冲信号发生器，所述等离子体弧腔的原子进口端配置有左法兰盘，所述左法兰盘上设置有进气口和微波接口；所述脉冲电源的脉冲电压输出端分别与所述引出电极的抑制电极电连接；所述微波机的微波出口所述微波接口相对接，用于为等离子体弧腔输入微波；所述脉冲信号发生器分别与所述微波机和所述脉冲电源的脉冲电压输入端电连接；所述等离子体弧腔配置有高压直流电源，用于为等离子体弧腔提供高压。
12、第二方面，本专利技术还公开了一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生方法，采用上述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，包括
13、加载高压直流电源，使等离子体电极处在高电位上；
14、通过进气口向等离子体弧腔中通入中性气体；脉冲信号发生器控制微波机向等离子体弧腔内输出微波脉冲；
15、脉冲信号发生器控制脉冲电源在抑制电极上施加变化电压，使施加在抑制电极上的电压高于等离子体电极上的高电位，离子在等离子体弧腔内累积，直到微波脉冲持续时间满足预设时间；
16、关闭脉冲信号发生器，微波机和脉冲电源停止工作，抑制电极上的正电压消失，施加在抑制电极上的变化电压低于等离子体电极上的高电位，累积在等离子体弧腔内的离子被集中释放出来，形成强流脉冲离子束；
17、强流脉冲离子束依次穿过等离子体电极、抑制电极和绝缘陶瓷环，最后从地电极内流出。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、(一)本专利技术设计了一种新的引出电极，设置在电子回旋共振离子源的等离子体弧腔上，用于引出强流脉冲离子束，引出电极包括等离子体电极和抑制电极，等离子体电极的环上外壁插设并固定在电子回旋共振离子源的等离子体弧腔的离子出口的内壁上，实现与等离子体弧腔的电连接；抑制电极与等离子体电极通过气隙绝缘，且等离子体电极的环内与抑制电极的内部相连通形成束流通道。其中，抑制电极用于承接变化电压，当抑制电极上的电压高于等离子体电极上的电压时，离子在等离子体弧腔内累积；当抑制电极上的电压低于等离子体电极上的电压时，累积在等离子体弧腔内的离子被释放，形成强流脉冲离子束，强流脉冲离子束最后通过束流通道引出。
20、(二)本专利技术公开了一种强流脉冲离子束产生装置及方法，应用在电子回旋共振离子源上，将微波脉冲与引出电极上的电压脉冲相结合，产生脉冲离子束，从两个方面对流强产生增益，可以获得流强增益明显的脉冲离子束，显著提高电子回旋共振离子源引出的脉冲束流强度，满足重离子加速器对脉冲束流的需求，进一步提高重离子加速器性能。总之，本专利技术公开了一种强流脉冲离子束产生装置及方法，能够显著提高电子回旋共振离子源引出的强流脉冲离子束，以满足重离子加速器，尤其是同步加速器对强流脉冲离子束的需求。
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1.一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，包括电子回旋共振离子源，所述电子回旋共振离子源配置有等离子体弧腔(10)，其特征在于，还包括引出电极，
2.根据权利要求1所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述抑制电极(22)的前端端面与所述等离子体电极(21)的后端端面通过气隙绝缘，且所述等离子体电极(21)的环内与所述抑制电极(22)的内部相连通形成束流通道(200)；
3.根据权利要求2所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述右法兰盘(32)套设在所述引出电极的抑制电极(22)上，且通过螺栓固定在等离子体弧腔(10)的离子出口端的外侧，使抑制电极(22)的前端端面与等离子体电极(21)的后端端面靠近但并不接触，以实现所述抑制电极(22)的前端端面与所述等离子体电极(21)的后端端面的气隙绝缘。
4.根据权利要求1所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述抑制电极(22)包括圆台引入端(221)、中间圆筒部(222)、过度圆台(223)和圆筒引出端(224)，所
5.根据权利要求4所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，还包括绝缘陶瓷环(23)和地电极(24)，
6.根据权利要求5所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷环(23)的外壁上配置有外圆筒(231)，
7.根据权利要求6所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷环(23)包括三个大小、形状都相同的环体(232)，
8.根据权利要求6所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述外圆筒(231)的前筒部和后筒部的端口边缘分别设置有前凸缘(2311)和后凸缘(2312)，
9.根据权利要求8所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，还包括脉冲电源、微波机和脉冲信号发生器，
10.一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生方法，采用权利要求9所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，包括
...【技术特征摘要】
1.一种电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，包括电子回旋共振离子源，所述电子回旋共振离子源配置有等离子体弧腔(10)，其特征在于，还包括引出电极，
2.根据权利要求1所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述抑制电极(22)的前端端面与所述等离子体电极(21)的后端端面通过气隙绝缘，且所述等离子体电极(21)的环内与所述抑制电极(22)的内部相连通形成束流通道(200)；
3.根据权利要求2所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述右法兰盘(32)套设在所述引出电极的抑制电极(22)上，且通过螺栓固定在等离子体弧腔(10)的离子出口端的外侧，使抑制电极(22)的前端端面与等离子体电极(21)的后端端面靠近但并不接触，以实现所述抑制电极(22)的前端端面与所述等离子体电极(21)的后端端面的气隙绝缘。
4.根据权利要求1所述的电子回旋共振离子源的强流脉冲离子束产生装置，其特征在于，所述抑制电极(22)包括圆台引入端(221)、中间圆筒部(222)、过度圆台(223)和圆筒引出端(224)，所述圆台引入端(221)的扩大端和所述过度圆台(223)的缩小...
【专利技术属性】
技术研发人员：李立轩，李吉波，孙良亭，卢旺，张雪珍，李家庆，曹云，贾泽华，钱程，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：
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