離子加速器注入裝置製造方法

2023-10-11 12:55:14

離子加速器注入裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種離子加速器注入裝置，其特徵在於包括有用於產生高流強的離子束流ECR離子源和第一螺線管與第二螺線管通過真空管道連接RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置；所述的RFQ直線加速器包含真空腔桶和互為垂直的四個電極，電極的表面呈現波浪形狀的調製曲面；所述的混合型離子加速裝置，包括有在真空腔筒內設有互為垂直的四個T形板，多個漂移管通過漂移管支撐杆分別固連於兩個T形板之間；多個漂移管與真空腔筒在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡相向設於漂移管之間，並固連於兩個垂直的T形板之間；水平高頻電四極透鏡相向設於漂移管之間，並固連於兩個水平的T形板之間；RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置之間沒有傳輸線的匹配並通過法蘭連接。
【專利說明】離子加速器注入裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種離子注入器裝置，屬於核能【技術領域】。
【背景技術】
[0002]質子、重離子在科研、工業、醫療、航天等方面的應用越來越廣泛。高能離子束流可以開展核物理、核天體等方面的科研工作；230MeV/u-400MeV/u的離子束流在癌症治療方面的應用已經被認為是當今國際上最有效的方法之一 ；10MeV/u的離子束流在離子注入、輻照製藥、同位素產生等應用中得到廣泛應用。
[0003]在實施上述應用中，離子注入器是最基本的裝置。離子注入器根據需要可以提供質子到鈾束不同離子的加速，根據下遊加速器的需求可提供lOMeV/u之內的束流。離子注入器可以作為強流加速器、同步加速器、治療裝置等等應用型加速裝置的前端加速器，也可以直接利用離子注入器進行離子注入、輻照、中子源等工業科研應用。
[0004]目前傳統的直線注入器包含離子源、低能傳輸段、高壓靜電加速器或者RFQ直線加速器、中能傳輸段、常規DTL加速器。
實用新型內容
[0005]本實用新 型的目的在於避免現有技術的不足提供一種離子加速器注入裝置。以解決低能高流強的離子束流的加速，避免了現有技術加速效率低、高流強離子束流加速品質差、兀件多而造成的造價昂貴，穩定性差等問題。
[0006]為實現上述目的，本實用新型採取的技術方案為:一種離子加速器注入裝置，其主要特點在於包括有用於產生高流強的離子束流ECR離子源和第一螺線管與第二螺線管通過真空管道連接RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置。RFQ直線加速器和混合型離子加速器通過法蘭連接。
[0007]ECR離子源用於產生高流強的離子束流，兩個螺線管，用於匹配離子源到RFQ直線加速器的束流，RFQ直線加速器採用變孔徑的設計使得結構的聚焦逐漸變弱從而直接跟後面的混合型DTL進行連接，混合型DTL採用高頻電四極透鏡進行橫縱向聚焦，加速間隙利用零度相位進行加速，從而可以大大的提升該注入器的加速效率。
[0008]所述的離子加速器注入裝置，所述的ECR離子源，吸極引出高壓20KV-100KV，迴旋頻率為 2GHz-30GHz。
[0009]所述的離子加速器注入裝置，所述的RFQ直線加速器包含真空腔桶和互為垂直的四個電極，電極的表面呈現波浪形狀的調製曲面；其中相對兩電極之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm。
[0010]所述的離子加速器注入裝置，所述的混合型離子加速裝置，包括有在真空腔筒內設有互為垂直的四個T形板，多個漂移管通過漂移管支撐杆分別固連於兩個T形板之間；多個漂移管與真空腔筒在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡相向設於漂移管之間，並固連於兩個垂直的T形板之間；水平高頻電四極透鏡相向設於漂移管之間，並固連於兩個水平的T形板之間。
[0011]所述的離子加速器注入裝置，所述的漂移管的長度為0.7-lOcm ;內徑為1.5cm?5cm，相鄰兩個漂移管之間的加速間隙距離為l-5cm。
[0012]所述的離子加速器注入裝置，所述的垂直高頻電四極透鏡為中部凸起的馬鞍形，兩凸起之間的最小孔徑為1.5-4cm,所述的垂直高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm ;7jC平高頻電四極透鏡為凹下的馬鞍形，兩凹下之間的最大孔徑為2-6cm，所述的水平高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm。
[0013]所述的離子加速器注入裝置，所述的注入器的真空度為10_4_10_7Pa。
[0014]所述的離子加速器注入裝置，所述的RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置工作頻率在50-500MHZ，混合型離子加速裝置的工作頻率為RFQ直線加速器的工作頻率的1_4倍。
[0015]所述的離子加速器注入裝置，RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置之間沒有傳輸線的匹配。
[0016]本實用新型的有益效果是在強流離子束流的加速中，由於結構更加緊湊，使得束流品質更加優良；本結構利用混合型DTL將加速功能，橫縱向聚焦功能結合在同一個高頻結構中，腔體分路阻抗高，高頻功耗大大的降低；利用零相位進行加速，加速效率更高，可以有效的降低腔體的長度，提高有效加速梯度；RFQ和混合型DTL之間不需要額外的傳輸匹配段，可以降低建造成本，縮短裝置的長度。本實用新型主要是用於強流低能離子束流的加速，可用於強流加速器的注入器、工業加速器、治療裝置注入器等應用型加速裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型主視示意圖；
[0018]圖2 (a)為本實用新型RFQ直線加速器左視示意圖；
[0019]圖2 (b)為本實用新型RFQ直線加速器主視示意圖；
[0020]圖3為本實用新型混合型離子加速器主視示意圖；
[0021]圖4為本實用新型混合型離子加速器A-A剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖來詳細說明本實用新型。
[0023]實施例1:見圖1，一種離子加速器注入裝置，包括有用於產生高流強的離子束流ECR離子源I和第一螺線管2與第二螺線管3通過真空管道連接RFQ直線加速器4和混合型離子加速裝置DTL5。RFQ直線加速器4和混合型離子加速器DTL5通過法蘭連接。
[0024]所述的ECR離子源1，吸極引出高壓20KV，迴旋頻率為2GHz。
[0025]見圖2 (a)、圖2 (b)，所述的RFQ直線加速器4包含真空腔桶4_1和互為垂直的四個電極4-2，4-3，4-4，4-5，電極的表面呈現波浪形狀的調製曲面。其中相對兩電極4_2和4-4之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm ;相對兩電極4_3和4_5之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm，工作頻率為50MHz-500MHz。RFQ結構採用四翼型高頻結構。RFQ直線加速器結構半徑為100mm，長度為lm。RFQ直線加速器4採用變孔徑的設計使得結構的聚焦逐漸變弱從而直接跟後面的混合型DTL進行連接。[0026]見圖3、圖4，所述的混合型離子加速裝置5，包括有在真空腔筒5-1內設有互為垂直的四個T形板5-2，多個漂移管5-3通過漂移管支撐杆5-4分別固連於兩個T形板5_2之間；多個漂移管5-3與真空腔筒5-1在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡5-5相向設於漂移管5-3之間，並固連於兩個垂直的T形板5-2之間；水平高頻電四極透鏡5-6相向設於漂移管5-2之間，並固連於兩個水平的T形板之間。混合型DTL離子加速裝置5採用高頻電四極透鏡進行橫縱向聚焦，加速間隙利用零度相位進行加速，從而可以大大的提升該注入器的加速效率。工作頻率為50ΜΗζ-500ΜΗζ。混合型DTL直線加速器腔體半徑為100mm，長度為lm。
[0027]所述的離子加速器注入裝置的材料為金屬銅。
[0028]所述的離子加速器注入裝置，所述的漂移管的長度為0.7-10cm ;內徑為L 5cmcm，相鄰兩個漂移管之間的加速間隙距離為l_5cm。
[0029]所述的離子加速器注入裝置，所述的垂直高頻電四極透鏡為中部凸起的馬鞍形，兩凸起之間的孔徑為1.5-4cm，所述的垂直高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm ;水平高頻電四極透鏡為凹下的馬鞍形，兩凹下之間的最大孔徑為2-6cm，所述的水平高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm。
[0030]所述的離子加速器注入裝置，所述的注入器的真空度為10_4_10_7Pa。
[0031]所述的離子加速器注入裝置，所述的RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置8工作頻率在50-500MHZ，混合型離子加速裝置8的工作頻率為RFQ直線加速器的工作頻率。
[0032]所述的一種離子加速器注入裝置，RFQ直線加速器和混合型DTL之間沒有傳輸線的匹配。
[0033]實施例2:見圖1，一種離子加速器注入裝置，包括有用於產生高流強的離子束流ECR離子源I和第一螺線管2與第二螺線管3通過真空管道連接RFQ直線加速器4和混合型離子加速裝置DTL5。RFQ直線加速器4和混合型離子加速器DTL5通過法蘭連接。
[0034]所述的ECR離子源I，吸極引出高壓100KV，迴旋頻率為30GHz。
[0035]見圖2 (a)、圖2 (b)，所述的RFQ直線加速器4包含真空腔桶4_1和互為垂直的四個電極4-2，4-3，4-4，4-5，電極的表面呈現波浪形狀的調製曲面。其中相對兩電極4_2和4-4之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm ;相對兩電極4_3和4_5之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm，工作頻率為500MHz。RFQ結構採用四翼型高頻結構。RFQ直線加速器結構半徑為500mm，長度為5m。RFQ直線加速器4採用變孔徑的設計使得結構的聚焦逐漸變弱從而直接跟後面的混合型DTL進行連接。
[0036]見圖3、圖4，所述的混合型離子加速裝置5，包括有在真空腔筒5-1內設有互為垂直的四個T形板5-2，多個漂移管5-3通過漂移管支撐杆5-4分別固連於兩個T形板5_2之間；多個漂移管5-3與真空腔筒5-1在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡5-5相向設於漂移管5-3之間，並固連於兩個垂直的T形板5-2之間；水平高頻電四極透鏡5-6相向設於漂移管5-2之間，並固連於兩個水平的T形板之間。混合型DTL離子加速裝置5採用高頻電四極透鏡進行橫縱向聚焦，加速間隙利用零度相位進行加速，從而可以大大的提升該注入器的加速效率。工作頻率為500MHz。混合型DTL直線加速器腔體半徑為500mm，長度為5m ο
[0037]所述的離子加速器注入裝置的材料為金屬銅。[0038]所述的離子加速器注入裝置，所述的漂移管的長度為0.7-lOcm ;內徑為5cm，相鄰兩個漂移管之間的加速間隙距離為l_5cm。
[0039]所述的離子加速器注入裝置，所述的垂直高頻電四極透鏡為中部凸起的馬鞍形，兩凸起之間的孔徑為1.5-4cm，所述的垂直高頻電四極透鏡長度為30cm ;水平高頻電四極透鏡為凹下的馬鞍形，兩凹下之間的最大孔徑為6cm，所述的水平高頻電四極透鏡長度為30cmo
[0040]所述的離子加速器注入裝置，所述的注入器的真空度為10-4-10_7Pa。
[0041]所述的離子加速器注入裝置，所述的RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置8工作頻率在50-500MHZ，混合型離子加速裝置8的工作頻率為RFQ直線加速器的工作頻率的的4倍。
[0042]所述的一種離子加速器注入裝置，RFQ直線加速器和混合型DTL之間沒有傳輸線的匹配。
[0043]實施例3:見圖1，一種離子加速器注入裝置，包括有用於產生高流強的離子束流ECR離子源I和第一螺線管2與第二螺線管3通過真空管道連接RFQ直線加速器4和混合型離子加速裝置DTL5。RFQ直線加速器4和混合型離子加速器DTL5通過法蘭連接。
[0044]所述的ECR離子源1，吸極引出高壓60KV，迴旋頻率為20GHz。
[0045]見圖2 (a)、圖2 (b)，所述的RFQ直線加速器4包含真空腔桶4_1和互為垂直的四個電極4-2，4-3，4-4，4-5，電極的表面呈現波浪形狀的調製曲面。其中相對兩電極4_2和4-4之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm ;相對兩電極4_3和4_5之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm，工作頻率為50MHz-500MHz。RFQ結構採用四翼型高頻結構。RFQ直線加速器結構半徑為300mm，長度為3m。RFQ直線加速器4採用變孔徑的設計使得結構的聚焦逐漸變弱從而直接跟後面的混合型DTL進行連接。
[0046]見圖3、圖4，所述的混合型離子加速裝置5，包括有在真空腔筒5-1內設有互為垂直的四個T形板5-2，多個漂移管5-3通過漂移管支撐杆5-4分別固連於兩個T形板5_2之間；多個漂移管5-3與真空腔筒5-1在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡5-5相向設於漂移管5-3之間，並固連於兩個垂直的T形板5-2之間；水平高頻電四極透鏡5-6相向設於漂移管5-2之間，並固連於兩個水平的T形板之間。混合型DTL離子加速裝置5採用高頻電四極透鏡進行橫縱向聚焦，加速間隙利用零度相位進行加速，從而可以大大的提升該注入器的加速效率。工作頻率為50ΜΗζ-500ΜΗζ。混合型DTL直線加速器腔體半徑為300mm，長度為3m。
[0047]所述的離子加速器注入裝置的材料為不鏽鋼鍍銅。
[0048]所述的離子加速器注入裝置，所述的漂移管的長度為0.7-10cm ；內徑為1.5cm?5cm，相鄰兩個漂移管之間的加速間隙距離為l-5cm。
[0049]所述的離子加速器注入裝置，所述的垂直高頻電四極透鏡為中部凸起的馬鞍形，兩凸起之間的孔徑為1.5-4cm，所述的垂直高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm ;水平高頻電四極透鏡為凹下的馬鞍形，兩凹下之間的最大孔徑為2-6cm，所述的水平高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm。
[0050]所述的離子加速器注入裝置，所述的注入器的真空度為10_4_10_7Pa。
[0051]所述的離子加速器注入裝置，所述的RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置8工作頻率在50-500MHz，混合型離子加速裝置8的工作頻率為RFQ直線加速器的工作頻率或者混合型DTL的工作頻率是RFQ直線加速器的工作頻率的的2倍。
[0052]所述的一種離子加速器注入裝置，RFQ直線加速器和混合型DTL之間沒有傳輸線的匹配。
[0053]使用時，離子加速器注入裝置的使用方法，其步驟為:
[0054](I)由ECR離子源產生離子束，在吸極引出高壓20KV-100KV下將束流引出，經過兩個螺線管透鏡的匹配後注入到RFQ直線加速器；
[0055](2) RFQ直線加速器將離子加速到0.5-3MeV/u,然後繼續匹配到混合型DTL直線加速器進行加速；
[0056](3)混合型DTL直線加速器將束流加速到4MeV/u-10MeV/u後，繼續注入強流加速器、同步加速器、治療裝置應用型加速裝置進行加速，或直接利用該束流進行離子注入、輻照、中子源應用。
【權利要求】
1.一種離子加速器注入裝置，其特徵在於包括有用於產生高流強的離子束流ECR離子源和第一螺線管與第二螺線管通過真空管道連接RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置；所述的RFQ直線加速器包含真空腔桶和互為垂直的四個電極，電極的表面呈現波浪形狀的調製曲面；其中相對兩電極之間的距離為變間距，間距範圍為2mm-10mm ;所述的混合型離子加速裝置，包括有在真空腔筒內設有互為垂直的四個T形板，多個漂移管通過漂移管支撐杆分別固連於兩個T形板之間；多個漂移管與真空腔筒在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡相向設於漂移管之間，並固連於兩個垂直的T形板之間；水平高頻電四極透鏡相向設於漂移管之間，並固連於兩個水平的T形板之間；RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置之間沒有傳輸線的匹配並通過法蘭連接。
2.如權利要求1所述的離子加速器注入裝置，其特徵在於所述的ECR離子源，吸極引出高壓 20KV-100KV，迴旋頻率為 2GHz-30GHz。
3.如權利要求1所述的離子加速器注入裝置，其特徵在於所述的漂移管的長度為0.7-10cm ;內徑為1.5cm?5cm,相鄰兩個漂移管之間的加速間隙距離為l_5cm。
4.如權利要求1所述的離子加速器注入裝置，其特徵在於所述的垂直高頻電四極透鏡為中部凸起的馬鞍形，兩凸起之間的最小孔徑為1.5-4cm，所述的垂直高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm ;水平高頻電四極透鏡為凹下的馬鞍形,兩凹下之間的最大孔徑為2_6cm,所述的水平高頻電四極透鏡長度為2cm?30cm。
5.如權利要求1所述的離子加速器注入裝置，其特徵在於所述的注入器的真空度為I (T4-1 (T7Pa。
6.如權利要求1所述的離子加速器注入裝置，其特徵在於所述的RFQ直線加速器和混合型離子加速裝置工作頻率在50-500MHZ，混合型離子加速裝置的工作頻率為RFQ直線加速器的工作頻率的2倍。
【文檔編號】H05H7/08GK203827596SQ201320605609
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年9月28日 優先權日:2013年9月28日
【發明者】王志軍, 何源, 劉魯北 申請人:中國科學院近代物理研究所