新型ecr源六極永磁場場型的製作方法
2023-05-14 13:22:16
專利名稱：新型ecr源六極永磁場場型的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型ECR源六極永磁場場型。
高電荷態ECR(電子迴旋共振)離子源的工作原理是微波從注入端進入離子源的腔體中，該腔體是真空系統的一部分；當工作氣體進入後，微波將其游離成等離子體；由於微波和磁場的相互作用，使在磁場的特定地方產生電子迴旋共振，從而可將等離子體中電子加速至很高能量，然後通過逐級游離使等離子體中的離子加速至很高能量，然後通過逐級游離使等離子體中的離子加速至高電荷態。另由離子源的線包形成的軸向磁鏡場和六極永磁體形成的六極永磁場迭加形成磁約束，該合成磁場的強度在腔體中央有最小值，在該最小磁場強度附近，等離子體自動保持最高的密度，等離子體中的離子最終從離子源的等離子體電極上的引出孔被引出。由於離子源具有可長期穩定工作、無使用壽命限制，且是目前可提供最強高電荷態離子流的工具，因而被大量應用於重離子加速器，且在其他類型的加速器上應用也呈增長趨勢。這主要是由於隨著被加速離子電荷態的提高，離子最終被加速的能量可以成平方地增加(離子能量W-Z2，其中W是離子被加速能量，Z是離子的電荷態數)；因而對於如被加速的離子能量相同時，用帶Z個電荷的離子被加速時(如用直線加速器加速)，可使直線加速器的加速電壓降低Z倍，因而可明顯降低加速器運行成本。因此，目前除加速器用外，現在新興的高離化態原子分子物理實驗條件也只有ECR離子源才能提供。另在工農業等領域需要ECR源的趨勢也日漸興起，特別是在國際上這種源已用於材料表面改性、半導體摻渣等應用領域。國際上ECR源作為產生氣體高電荷態離子的工具，通過增強源的磁約束或提高源所用微波頻率的方法，已使加速器對氣體高電荷態離子的需要得以滿足。但對於採用ECR源產生高電荷態固體離子的狀況則遠不如氣體離子那樣令人滿意。這主要是由於固體元素，尤其是原子質量數(M)較大的元素，例如Ta、U等，隨著質量M的增加，離子引出效率如公式
式中J是被引出離子流的密度，Jz是電荷態為Z的離子流引出密度，K是常數，M是原子質量單位數，Z是離子所帶電荷數；可見對於重離子，由於M較大，被引出能力則較小。而目前急需的，有實用價值(即束流大到最終可以使用)的固體離子，是中等電荷態離子。如何提高中等電荷態離子束流強度、品質、穩定性，而無需增大製造成本和運行費用則是國際上普遍關注的課題。德國有一臺ECR源，其工作方式是將ECR源引出端進行磁場脈衝式調製，使其瞬間下降，這樣可將在源內已積累起來的離子瞬間多引出些；這種工作方式只能使瞬間束流強度增強。
本實用新型的目的是為了提供一種通過改變六極永磁體的形狀使ECR源的磁鏡場最小值的位置移近電極引出端從而來提供中等電荷態離子束流強度的新型ECR源六極永磁場場型。
本實用新型的目的可通過如下措施來實現一種新型ECR源六極永磁場場型的注入端永磁體外殼為黃銅，其引出端永磁體外殼為軟鐵；引出端永磁體外殼的最大內徑大於注入端永磁體外殼的外徑；且引出端永磁體外殼內表面呈徑向對稱的內六齒型，對應的永磁體則呈徑向對稱的外六齒型。
本實用新型相比現有技術具有如下優點1、本實用新型的外殼由兩種材料製成，在靠近注入端的一半是黃銅材料，而在引出端一半是軟鐵材料，並且引出端內徑大於注入端的外徑；這種場型結構可使其磁場與線包磁場形成的磁鏡場的最小值外移1-2.5釐米更靠近引出端，同時可適當加寬ECR區的軸向長度，從而使電極更接近離子密度較高處，使被引出的離子束流增加，如Ar8+可從傳統的320eμA的流強提高至430eμA。
2、本實用新型在引出端內填充的永磁體比傳統場型多，從而可使六極永磁體的磁場沿軸向的分布在ECR區有較大的值，其最大磁感應強度可達7.5KG，而該強磁場正處於ECR區，使其可約束Bmln附近更多的等離子體。
3、本實用新型在不需增加源成本的情況下，可增強束流強度，從而可降低加速器的運行成本，具有普遍的推廣意義。
本實用新型的具體結構由以下附圖給出
圖1是本實用新型的結構示意圖1—注入端永磁體外殼2—引出端永磁體外殼3—永磁體圖2是本實用新型的A-A剖視圖圖3是本實用新型的B-B剖視圖圖4是本實用新型與傳統磁場場型的軸向磁場沿軸分布比較曲線圖；圖中虛線表示傳統磁場場型的軸向磁場沿軸分布曲線；實線表示本實用新型的軸向磁場沿軸分布曲線。
本實用新型還將結合附圖1、2、3實施例作進一步詳述
參照圖1、2、3，新型ECR源六極永磁場場型的注入端永磁體外殼(1)為黃銅，引出端永磁體外殼(2)為軟鐵；引出端永磁體外殼(2)的最大內徑大於注入端永磁體外殼(1)的外徑；且引出端永磁體外殼(2)內表面呈徑向對稱的內六齒型，對應的永磁體(3)則呈徑向對稱的外六齒型；其注入端永磁體(3)的形狀與傳統的場型相同。
根據圖4可看出本實用新型的Bmln相比傳統場型移出10mm左右。
權利要求1.一種新型ECR源六極永磁場場型，其特徵是該場型的注入端永磁體外(1)為黃銅，引出端永磁體外殼(2)為軟鐵，引出端永磁體外殼(2)的最大內徑大於注入端永磁體外殼(1)的外徑，且引出端永磁體外殼(2)內表面呈徑向對稱的內六齒型，對應的永磁體(3)則呈徑向對稱的外六齒型。
專利摘要本實用新型涉及一種新型ECR源六極永磁場場型，該場型的注入端永磁體外殼為黃銅，其引出端永磁體外殼為軟鐵；引出端永磁體外殼的最大內徑大於注入端永磁體外殼的外徑；且引出端永磁體外殼內表面呈徑向對稱的內六齒型，對應的永磁體則呈徑向對稱的外六齒型；本實用新型可有效地提高束流強度，更適於引出更多的中等電荷態離子。
文檔編號H01F7/02GK2268978SQ9622057
公開日1997年11月26日 申請日期1996年9月16日 優先權日1996年9月16日
發明者劉佔穩, 張汶, 張雪珍, 郭曉虹, 周嗣信, 魏寶文, 趙紅衛, 袁平, 吳德忠, 王書昌, 王雲海, 王義芳, 葉峰 申請人:中國科學院近代物理研究所