一種改進的回旋加速器離子源系統的製作方法
2023-05-11 18:40:56
專利名稱：一種改進的回旋加速器離子源系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種離子源，尤其是涉及一種改進的回旋加速器離子源系統。
背景技術：
離子源是使中性原子或分子電離，並從中引出離子束流的裝置。氣體放電、電子束對氣體原子(或分子)的碰撞，帶電粒子束使工作物質濺射以及表面電離過程都能產生離子，並被引出成束。根據不同的使用條件和用途，目前已研製出多種類型的離子源。Cyclone 30回旋加速器離子源是多磁極會切場離子源,有較大流強2mA和較小發身寸度6mm. mrad。在外部MULTI⑶SP源的氫分子與加熱燈絲產生的帶一定能量熱電子相碰撞產生 熱激發，就形成了負離子，並且被引向帶正偏壓的離子源腔體(陽極)藉助於環繞離子源腔體的四根一組的10極永久磁鐵所形成的磁場來約束等離子體。並且由頂部的兩條永久磁鐵和底部的一組磁過濾器來封閉磁瓶。來自陰極的(燈絲)的被加速熱電離電子拋向陽極(離子源腔體)使氫分子H2激發和電離，這些被激發的分子和低能電子一起通過磁過濾器從熱等離子體區域向引出區域移動，而高能電子卻被磁過濾器退回。這樣就在引出區域增加了電離附著，並因此增加了H-離子的濃度。通過引出孔的負離子和電子被帶3-4KV偏壓的吸極所吸引。這個電極離開離子源的引出孔大約1_，在吸極裡面裝了一組很小的永久磁鐵用來作為電子阱，電子磁剛度遠遠小於負離子H-的磁剛度(負離子H-的質量大約等於電子質量的2000倍)電子被偏轉到吸極上而負離子H-繼續向前加速。離子源有以下主要部件組成I、離子源電弧腔(等離子體放電室壁)離子腔的電弧腔是一隻直徑為100mm,高度150mm的圓柱體,環繞圓柱體外壁裝有四根一組的10極的永久磁鐵。對著電弧腔的磁極頭的極性是交替安排的。這樣就產生了一個會聚形的磁場，所形成的磁場梯度是中心為O高斯到弧腔壁3高斯。2、頂蓋弧腔的頂部是離子源燈絲頂蓋，上面裝有二排永久磁鐵3、磁過濾器在離子源底部的磁過濾器由一排冷卻水管和二組安裝在兩邊的永久磁鐵6塊組成，與腔體，頂蓋形成了封閉的磁瓶。4、吸極裝置這套標準單元被安裝在一個平臺上，這個平臺上供電，氣，水的連接。離子源藉助於稱為「派勒克斯環」的玻璃環和地絕緣，並提供真空密封。5、吸極補償裝置為了補償由於吸極磁鐵所引起的對束流的輕微的偏移，在離子源真空室的束流路徑上設置了兩塊永久磁鐵。它所產生的磁場方向和吸極的磁場方向是相反的。補償磁鐵的磁場強度是可調的，只要改變兩塊磁極之間的距離就可以了。這就有可能進行束流和注入線軸之間的重新對中。從離子源獲得的離子束的能量一般從幾百電子伏到幾萬電子伏。因為用高引出電壓方式獲得較高能量的離子束受到擊穿的限制，所以必須使離子在電場和磁場中加速，這類裝置叫做加速器。使用各種加速器可以使離子獲得很高的能量，也可以使離子減速，以獲得能量較低的但流強很高的離子束。在加速器與離子源之間的管線稱為軸向注入線。在離子源中產生的離子束沿軸向注入線被加速進入靜電偏轉器的入口。為了從離子源到偏轉板輸運最大的束流，除了保證系統的高真空，沿著軸向注入線安裝了一些束流診斷裝置。軸向注入線總長I. 65米。包括X，Y導向磁鐵、靜電透鏡、螺旋管透鏡、注入法拉 第杯、粒子聚束器、靜電偏轉器。Cyclone 30回旋加速器把注入能量從30千電子伏特加速到30兆電子伏特，流強單邊理論可達400uA。在實際應用中，經過一段時間使用後，離子源出口的流強與注入加速器的流強比例過低，達不到設計數值，這妨礙了加速器的正常使用，制約了生產的發展。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能增加通過的離子強度，性能可靠的改進的回旋加速器離子源系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種改進的回旋加速器離子源系統，其特徵在於，該離子源系統由離子源頂蓋、燈絲、離子源腔體、磁過濾器、吸極裝置及吸極補償裝置構成，所述的離子源頂蓋設置在離子源腔體的頂部，頂蓋下方設置兩排永久磁鐵，所述的燈絲設在離子源腔體內，連接在離子源頂蓋的下方，所述的磁過濾器設在離子源腔體下方，所述的吸極裝置有兩個，設在離子源腔體的底部，所述的吸極補償裝置設在離子源腔體的束流路徑上。所述的離子源腔體為圓筒狀結構，內部為高真空狀態，環繞離子源腔體的外側設有4根一組的10級永久磁鐵，與離子源腔體對應的磁極頭的極性呈交替設置。所述的磁過濾器由循環冷卻水管及4塊永久磁鐵構成，所述的循環冷卻水管一端為進水口，另一端為出水口，循環冷卻水管呈四排管道設置，所述的永久磁鐵分別設置在循環冷卻水管形成的管道的四個端點處。所述的吸極補償裝置內設有兩塊永久磁鐵，該永久磁鐵的磁極與吸極裝置內設置的永久磁鐵的磁極的設置方向相反，產生與吸極裝置的磁場方向相反的磁場，補償吸極裝置內的磁鐵弓I起的對束流的輕微偏移。與現有技術相比，本發明經過反覆計算，長期實踐摸索，發現出現問題的根本原因是安裝加速器的地面地基有很微小的傾斜，造成軸向注入線變化，在無法改變事實的情況下，重新設計了離子源和注入系統，經過多次計算、實踐，找到了最有效、最經濟、最便捷的設計思路，發現減少磁過濾器的數目，並改進吸極補償裝置，與原有其它裝置配合，基本可以恢復原有參數。磁過濾器作用是偏轉無用的粒子，吸極補償裝置的作用是補償束流的偏移。減少磁過濾器磁鐵數目後，能增加通過的離子強度；改進後的吸極補償裝置正好調整了變化了的束流偏移，從而恢復了加速器最重要性能，用戶需求得到滿足，流強單邊可達350uA,經過長期工作，性能可靠。
圖I為本發明的結構示意圖；圖2為磁過濾器的結構示意圖；圖3為吸極補償裝置的結構示意圖。圖中I為離子源頂蓋、2為燈絲、3為離子源腔體、4為磁過濾器、41為循環冷卻水管、42為永久磁鐵、5為吸極裝置、6為吸極補償裝置、61為束流軸、62為永久磁鐵。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例—種改進的回旋加速器離子源系統，其結構如圖I所示，該離子源系統由離子源頂蓋I、燈絲2、離子源腔體3、磁過濾器4、吸極裝置5及吸極補償裝置6構成，離子源頂蓋I設置在離子源腔體2的頂部，頂蓋下方設置兩排永久磁鐵，燈絲2設在離子源腔體3內，連接在離子源頂蓋I的下方，離子源腔體3為圓筒狀結構，內部為高真空狀態，環繞離子源腔體3的外側設有4根一組的10級永久磁鐵，與離子源腔體3對應的磁極頭的極性呈交替設置，這樣就產生了一個會聚形的磁場，所形成的磁場梯度是中心為O高斯到弧腔壁3高斯。磁過濾器4設在離子源腔體3下方，吸極裝置5有兩個，設在離子源腔體3的底部，吸極補償裝置6設在離子源腔體3的束流軸61路徑上。磁過濾器4的結構如圖2所示，由循環冷卻水管41及4塊永久磁鐵42構成，循環冷卻水管41 一端為進水口，另一端為出水口，循環冷卻水管41呈四排管道設置,永久磁鐵42分別設置在循環冷卻水管41形成的管道的四個端點處。磁過濾器4與離子源腔體3及離子源頂蓋I形成了封閉的磁瓶。吸極補償裝置6的結構如圖3所示，吸極補償裝置6設置在離子源腔體3的束流軸61路徑上，內部設有兩塊永久磁鐵62,產生與吸極裝置的磁場方向相反的磁場,補償吸極裝置5內的磁鐵引起的對束流的輕微偏移。利用本發明進行離子源弧流與束流進行對照，結果如下表所示。表I現有離子源的離子源弧流與束流對照表
權利要求
1.一種改進的回旋加速器離子源系統，其特徵在於，該離子源系統由離子源頂蓋、燈絲、離子源腔體、磁過濾器、吸極裝置及吸極補償裝置構成，所述的離子源頂蓋設置在離子源腔體的頂部，頂蓋下方設置兩排永久磁鐵，所述的燈絲設在離子源腔體內，連接在離子源頂蓋的下方，所述的磁過濾器設在離子源腔體下方，所述的吸極裝置有兩個，設在離子源腔體的底部，所述的吸極補償裝置設在離子源腔體的束流路徑上。
2.根據權利要求I所述的一種改進的回旋加速器離子源系統，其特徵在於，所述的離子源腔體為圓筒狀結構，內部為高真空狀態，環繞離子源腔體的外側設有4根一組的10級永久磁鐵，與離子源腔體對應的磁極頭的極性呈交替設置。
3.根據權利要求I所述的一種改進的回旋加速器離子源系統，其特徵在於，所述的磁過濾器由循環冷卻水管及4塊永久磁鐵構成，所述的循環冷卻水管一端為進水口，另一端為出水口，循環冷卻水管呈四排管道設置，所述的永久磁鐵分別設置在循環冷卻水管形成的管道的四個端點處。
4.根據權利要求I所述的一種改進的回旋加速器離子源系統，其特徵在於，所述的吸極補償裝置內設有兩塊永久磁鐵，該永久磁鐵的磁極與吸極裝置內設置的永久磁鐵的磁極的設置方向相反，產生與吸極裝置的磁場方向相反的磁場，補償吸極裝置內的磁鐵引起的對束流的輕微偏移。
全文摘要
本發明涉及一種改進的回旋加速器離子源系統，由離子源頂蓋、燈絲、離子源腔體、磁過濾器、吸極裝置及吸極補償裝置構成，離子源頂蓋設置在離子源腔體的頂部，頂蓋下方設置兩排永久磁鐵，燈絲設在離子源腔體內，連接在離子源頂蓋的下方，磁過濾器設在離子源腔體下方，吸極裝置有兩個，設在離子源腔體的底部，吸極補償裝置設在離子源腔體的束流路徑上。與現有技術相比，本發明正好調整了變化了的束流偏移，從而恢復了加速器最重要性能，用戶需求得到滿足，流強單邊可達350uA，經過長期工作，性能可靠。
文檔編號H05H13/00GK102933020SQ20111022609
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者徐建波 申請人:上海原子科興藥業有限公司