射频中子管离子源束流引出桌面实验台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于模拟中子管工作状态的实验装置，具体涉及射频(RF)中子管离子源束流引出桌面实验台。
【背景技术】
[0002]射频中子管在中子照相、安全排查系统、材料扫描、土壤分析、石油测井等方面应用广泛。长寿命、紧凑型射频离子源与可再生靶相组合，可以增大产额、降低成本。在绝缘放电管上使用螺旋或带状天线，将电磁能耦合到气体中，从而导致电离、离解和等离子体的维持。射频离子源具有结构简单、单原子离子比例高的优点，是射频中子管的关键组件之一。
[0003]因应用领域不同，需要研制不同类型的新型射频中子管，射频中子管主要由射频离子源组件(放电管及天线等)，吸气材料，引出极，金属氢靶材料，高压发生器，会切磁钢等组成。性能良好的射频中子管需要各部件参数的优化配合，离子源的放电电流及引出电流是影响中子产额的重要因素。束流引出情况与部件参数关系密切，如射频天线的材料、匝数、间距以及放置方式，放电管的规格，加速间隙的选择，引出极的形状、尺寸，气压条件等等。由于软件仿真条件设置往往过于理想化，急需要一种能够模拟中子管用射频离子源束流引出状态的桌面实验环境，来检验加工元件的设计尺寸，观测束流形状，为射频中子管研制提供实验数据，提高研制效率，节约成本。
[0004]与潘宁源相比，射频离子源由于束流利用率高，可达90%以上。吸附等量气体，产生单原子离子的密度大；产生相同产额中子所需的氘(D)、氚(T)离子的束流量比较小，对靶的溅射损伤非常小，靶的寿命可以得到显著延长，能够解决目前中子管产额低、寿命短、稳定性不高的问题。因此，开发射频中子管离子源束流引出桌面实验台对研宄射频离子源的结构设计，以及引出束流与离子源的各部件的尺寸、电子温度以及引出电极结构、射频阻抗匹配网络和管内气压的关系，对进一步阐明射频离子源的放电机理，揭示其放电规律具有重要意义。本桌面实验台对射频离子源引出负离子束流同样适用，能科学合理地模拟射频离子源正负离子束流引出的各种情况，其结构简单、操作简便、成本低，易于推广应用。
[0005]
【发明内容】
[0006]为了加速不同类型射频中子管技术的创新和发展，提高中子管的产额和稳定性，本发明的目的是提供一种射频离子源束流引出桌面实验台。
[0007]中子管用射频离子源束流引出桌面实验台是由三类不同形式的射频离子源组件、束流引出部分和真空环境部分组成。
[0008]桌面实验台上带有真空法兰的不锈钢钟罩为实验空间，经真空法兰、抽气管与分子泵机组连通。真空法兰带有绝缘电极用于引入束流加速电极(土 120KV)，地电极和备用电极(0-4KV)，备用电极用于负离子引出时滤除电子使用。同时通过真空法兰连接照明灯和真空规管，分别用于真空室照明和气压测量。工作气体通过流量计进入真空室。流量计通过控制进气量来调节真空室的真空度，以模拟中子管内部的工作气压调节过程。不锈钢钟罩上部设有含铅玻璃制成的观察窗，透过铅玻璃既可直接观察引出束流的形状、聚焦情况，又能阻挡实验时产生的X射线。真空法兰桌面上放置高度可调的聚四氟乙烯高压绝缘支架，将引出筒和靶置于其上。三者几何中心法线与真空法兰平台中心法线重合。以不锈钢钟罩顶部与法兰平台中心法线相交点为圆心，开一圆形阶梯状孔槽作为引出孔，通过放置与钟罩顶部相同厚度的空心圆柱体来调节引出孔径的大小。引出孔上方放置射频离子源组件。离子源组件由不同规格的放电管，天线，会切磁钢组成，工作气体在电磁能耦合作用下形成等离子体。由引出筒加高压将束流引出。实验台支架设有四个带锁的滑动轮，便于设备移动和固定。该实验台上的射频离子源中D、T离子产生的反应式为H2 + e - 2H + e (15.9eV) ； H + e — H+ + 2e (13.6 eV)o
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
中子管用射频离子源束流引出桌面实验台是由三类不同形式的射频离子源组件、束流引出部分和真空环境部分组成。
[0010]等离子体生成在放电管内部，束流引出在不锈钢钟罩内部发生。不锈钢钟罩下部是法兰盘，两者通过金属螺栓固定，在法兰盘上设有可调绝缘支架、高压电极、地电极、照明灯、真空规管、连接分子泵的抽气管和输入工作气体的进气管等。高压电极用于提供实验所需的加速电压；真空规管用于测量钟罩内部的真空度；进气管用于向不锈钢钟罩内部充入工作气体。流量计准确控制工作气体进气量，同时调节气压。位于不锈钢钟罩内部的束流引出部分采用轴向引出方式。放电管的四周放置条状磁铁，形成会切磁场约束等离子体。根据实验需要选择不同类型天线配合放电管使用。引出正离子时，加速引出筒加负高压；引出负离子时，加速引出筒加正高压，引出束流中包括负离子和电子，备用电极加在与引出方向的垂直方向，做电子的收集电极。
[0011]本发明的有益效果是，作为实验和测试平台，射频离子源束流引出实验台可以很方便地对各参数进行优化组合，做射频离子源束流引出实验和中子管整体工作状态的模拟实验，或者检验某一元件的设计尺寸、材料和会切磁场设计。通过对组件的改进，使射频离子源引出电流大小和束流形状达到最佳状态，因此，束流引出桌面实验台对加快各种不同类型中子管的研制和提高设计效率有重要意义。
【附图说明】
[0012]附图1是三类不同形式的射频离子源组件结构示意图；
附图2是射频中子管离子源束流引出部分和真空环境部分结构示意图。
[0013]其中1.平面环状天线，2、3、6(为不同规格)石英放电管，4.外置螺旋天线，5.内置螺旋天线，7.引出孔，8.射频离子源，9.会切磁钢，10.密封垫，11.铅玻璃观察窗，12.不锈钢钟罩，13.引出筒，14.靶，15.高压绝缘支架，16.紧固螺栓，17.真空法兰，18.密封圈，19.照明灯，20.加速引出电极，21.地电极，22.磁控阀门，23.分子泵组，24.抽气管，25.真空规管，26.备用电