一种同轴传输的多离子束加速器装置的制作方法

文档序号:13940767

本实用新型属于粒子加速器技术领域,特别涉及一种可以同时产生、加速,并能同轴传输和注入的多离子束加速器装置。



背景技术:

离子加速器是产生、加速各种离子并将加速后的离子束传输到靶上的一种装置。加速器一般由离子源、加速段、束流传输段、束流分析等元件组成。离子源将原子或者分子电离形成带电离子,带电离子受到离子源引出区电场的作用被引出形成离子束。现有技术通常是一台加速器产生并传输一种带电离子束。然而,在某些特殊条件下,需要同时向靶上注入两种或者多种不同的离子束。为了满足这些特殊需求,通常采用的办法是采用多台加速器同时供束的方式实现靶上多种离子束的同时注入,每台加速器仅产生并传输一种离子束。但采用这种方式,由于加速器的空间布局,各离子束之间具有一定的夹角,不能实现同轴注入,注入径迹差别较大,会在一定程度上影响注入效果。同时,采用这种方法需要研制多台加速器,导致研制费用较高。

因此,研发一台可实现两种甚至多种离子束同轴注入的加速器是本领域技术人员所渴望解决的一个技术难题,这对多离子加速领域具有里程碑意义。



技术实现要素:

(一)发明目的

本实用新型克服了现有技术在处理两种或者多种离子时,每台加速器只能提供一种离子束、研制费用较高、各离子束注入方向不完全相同的不足,提供了一种能产生并同轴传输注入多种离子束的加速器装置。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题,本实用新型提供的技术方案如下:

一种同轴传输的多离子束加速器装置,该装置包括进气系统、离子源、束流传输元件、真空系统和靶;束流传输元件包括束流聚焦元件、束流导向元件和后加速段,真空系统包括真空泵和真空室;进气系统、离子源、束流传输元件和靶分别按离子束传输方向顺序设置,其中,离子源、束流聚焦元件、束流导向元件和靶都在真空室内。

进一步,所述进气系统由气瓶、气管和气体质量流量计连接组成。

进一步,所述离子源为冷阴极潘宁源。

进一步,所述束流聚焦元件为静电聚焦透镜。

进一步,所述束流导向元件为静电偏转器。

进一步,所述束流传输元件全部为静电元件。

进一步,所述静电聚焦透镜为静电薄膜透镜。

进一步,所述静电聚焦透镜为静电四极透镜。

进一步,所述静电聚焦透镜为三圆筒静电单透镜。

(三)有益效果

本实用新型结构简单,不仅可以同时产生多种不同的离子束,还可以通过气体质量流量计实现多种离子束比例的自由调节,使得各种离子比例可控且控制精度高且易于操作;束流线上全采用静电元件,可以实现多种离子束同时加速、同轴传输,采用冷阴极潘宁离子源可使得引出的氢和氦离子束射程相近,辐照材料损伤效果更好。既节约时间成本和研制费用成本,又解决了从一个离子注入口同时、同轴注入多种离子的难题。

附图说明

图1同轴多离子束加速器结构示意图

1、进气系统 2、气瓶 3、气管 4、气体质量流量计 5、离子源

6、引出电极 7、离子束 8、束流聚焦元件 9、分子泵 10、真空室

11、束流导向元件 12、后加速段 13、靶

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示的一种同轴传输的多离子束加速器装置,该装置包括进气系统1、离子源5、引出电极6、束流传输元件、真空系统和靶13。真空系统包括真空泵9和真空室10。进气系统由气瓶2,气管3和气体质量流量计4组成,进气系统可由两组或者多组进气通路组成,每套进气通路包括一个气瓶2,一台气体质量流量计4以及相应的气管3,每个气瓶2内可以装不同的气体。多个进气通路在离子源5处汇合同时向离子源5供气,以实现两种或者多组高纯气体的馈入;离子源5可将通入的多种气体同时电离,并引出形成多种离子组合的混合离子束7,通过调节气体质量流量计4来控制不同气体的进气量,从而改变各种不同离子束的比例,实现多离子束7的同时产生、各种离子比例可调。离子束7由引出电极6引出后,需要采用束流传输元件对束流的包络和方向进行控制,束流传输元件包括束流聚焦元件8、束流导向元件11和后加速段12,束流聚焦元件8为静电聚焦透镜,束流导向元件11为静电偏转器,静电聚焦透镜一般为静电薄膜透镜、静电四极透镜或三圆筒静电单透镜,束流线上可设置多组束流聚焦元件8和束流导向元件11,从而保证各种离子束7的同轴传输。为了满足实验对离子束7能量的要求,还需要采用后加速段12对离子束7进行加速,所述束流传输元件全部为静电元件以满足不同质量的离子束7的同轴传输。进气系统1、离子源5、引出电极6、束流传输元件和靶13分别按离子束7传输方向顺序设置,其中,离子源5、束流聚焦元件8、束流导向元件11和靶13都在真空室内,后加速段12自带真空环境,后加速段与真空室相连。真空泵9可以将真空室10内的空气排出,真空度一般要求好于10-3Pa,真空室10可使离子束7高效的向后传输。可通过调节束流传输元件的参数改变离子束7在靶13上尺寸和位置。

实施例:

本实施例中离子源5采用冷阴极潘宁源,束流聚焦元件8采用静电三圆筒单透镜,后加速段12采用圆盘型加速器。进气系统1向冷阴极潘宁源同时通入氢气和氦气两种高纯气体,冷阴极潘宁源同时电离并引出这两种气体产生的H2+离子束和He+离子束的双离子混合束,离子源后端引出电极6引出离子束能量为20keV。调节气体质量流量计4即可以改变氢气和氦气的进气比例,从而改变两种离子束的离子比例和束流强度。该双离子混合束在束流传输元件的控制下实现向后同轴传输,在后加速段12的作用下,将离子束同时加速至200keV,被加速器后的离子束7轰击到靶,从而实现氢、氦双离子束的同时、同轴注入。

该实施例装置已用于反应堆材料的辐照损伤研究。然而采用离子辐照模拟反应堆的中子辐照,离子束辐照装置要求氢、氦与重离子束同时注入,并要求射程相近,用于模拟中子辐照过程中的(n,p)和(n,α)嬗变产物。中子辐照的核嬗变产物氢和氦与大剂量的原子位移产生的协同效应对辐照损伤有非常重要的作用,最新的研究表明,氢、氦及重离子同时注入的协同效应与单束、双束辐照或者多束依次累计辐照造成的损伤相差较大。为了真实模拟中子辐照效应,离子辐照装置要求氢、氦以及重离子三种离子束同时注入。如果采用质子注入,要满足氢和氦的注入深度一致,两种离子束能量差别较大,无法实现两种离子束合并到一条束流线,同时产生、同轴加速。为此,本实用新型采用采用冷阴极潘宁源产生H2+分子离子,采用H2+分子离子代替H1+离子注入,满足氢和氦的注入深度一致。为了解决这个问题,本实用新型研制了一台可同时产生、同轴传输氢、氦两种离子束的多离子束加速器装置。通过该装置解决了材料问题瓶颈这一发展新一代反应堆的主要技术问题。

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