一种静电加速器的加速电极的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种静电加速器的零部件，特别涉及一种静电加速器的加速电极。
【背景技术】
[0002]静电加速器是一种经典的加速器，广泛应用于核物理实验、离子注入、材料分析和材料辐照等领域。静电加速器首先通过高压电源产生静电高压，并将高压加载到静电加速管等加速结构上，离子源产生引出离子或电子后，通过加速管内的静电高压将其加速到所需要的能量。静电加速结构是静电加速器的关键部件。
[0003]静电加速器所能提供的加速电压不会很高，最高为十几MV。宄其原因，除了更高的静电高压电源设备庞大和研制困难外，很重要的一点是静电加速管存在一种全电压效应。全电压效应是指静电加速器加速管总的耐压小于分段加速管耐压之和，即加速管的耐压不随它的长度增加而线性增加。
[0004]全电压效应产生的原因是在加速管加电压后，由于某些原因加速管内总会出现少量电子或离子，它们被加速后打到电极上会溅射出较多的次级电子和离子；而后次级电子和离子又被加速，再轰击其它电极，又产生更多的电子和离子。当轰击粒子的能量达到某一阈值后，次级电子立即发生雪崩式的增加，进而引起加速管内不完全击穿。此外，产生的大量次级电子在加速管内形成反向电子流，经加速管分压电阻产生反向电压，大大抵消了加速管上的正向电压，从而使整根加速管电压降低，形成极为不利的“电子负载”效应。
[0005]传统的加速电极一般为平板形状，为了抑制加速管内的“电子负载”，减少“全电压效应”，本领域中通常采用小孔径加速管、斜场加速管及在加速管上增加抑制次级电子的磁场等措施，如采用金属-陶瓷焊接直场小孔径加速管，在斜场加速管上安装永磁铁等方式加以应对，均能较为有效的抑制电子负载。
[0006]但上述措施的采用会带来被加速粒子的损失，并使得静电加速器加速结构复杂化，对静电加速器形成一些不利影响，同时也提高了加速结构的成本。
【实用新型内容】
[0007]为解决现有静电加速器加速管“电子负载”抑制措施导致的被加速粒子损失，简化加速结构，避免对静电加速器形成不利影响，并降低加速结构成本，本实用新型提供了一种静电加速器的加速电极。
[0008]该静电加速器的加速电极由一系列电极板构成，所述一系列电极板包括锥面电极板，所述锥面电极板带有锥面结构，所述锥面结构的锥角处开有电极孔，所述锥面结构为圆锥面、椭圆锥面或棱锥面，所述圆锥面所在圆锥的圆锥角多90°，所述椭圆锥面所在椭圆锥的最小圆锥角多90°，所述棱锥面的各侧面与束流运动轴的锐角夹角多45°。
[0009]所述一系列电极板的每片锥面电极板，其锥面结构可以在圆锥面、椭圆锥面或棱锥面中任意选择。
[0010]所述棱锥面优选为三棱锥面或四棱锥面。
[0011]当所述锥面结构为棱锥面时，棱锥面的各侧面与束流运动轴的锐角夹角可以不同。
[0012]本实用新型的静电加速器的加速电极可用于替换静电加速器的平板型、柱面型或球面型加速电极。
[0013]本实用新型采用了带有锥面结构的静电加速器加速电极，其对被加速束流的聚焦作用虽然较弱，但对引起全电压效应的电子和离子的聚焦、散焦作用明显。对于与加速束流同向运动的二次电子或离子，由于其能量低，会受到较强的聚焦作用，因此经加速后会远离电极，抑制了多个电极之间的级联碰撞溅射造成的雪崩效应。对于与加速束流反向运动的二次电子或离子，由于其能量低，会受到较强的散焦作用，因此经加速后很快会被电极拦截；也因为能量低的缘故，所以其被拦截时溅射出的二次电子或离子较少，从而抑制了雪崩效应和“电子负载”效应。
[0014]本实用新型的静电加速器的加速电极采用了锥面电极板，能够对正向加速的束流提供聚焦力，对反向加速的束流提供散焦力，在抑制“电子负载”和“全电压效应”的同时，避免了被加速粒子的损失；同时其加速结构较为简单，降低了加速结构的生产或改造成本，且不会对静电加速器形成不利影响。
【附图说明】
[0015]图1本实用新型的静电加速器的加速电极示意图(圆锥面电极板)。
[0016]附图标记:1.圆锥面电极板，2.圆锥面电极板1/4剖去剩余部分，3.圆锥面电极板1/2剖去剩余部分。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0018]实施例1
[0019]一种静电加速器的加速电极，由一系列电极板构成，包括10片锥面电极板，分为两段设置，每段5片，所述锥面电极板带有锥面结构，所述锥面结构的锥角处开有电极孔，所述锥面结构为圆锥面，所述圆锥面所在圆锥的圆锥角均为90°。
[0020]以上述加速电极与结构基本相同的平板电极在相同的工况下分别对50keV的质子束进行加速。结果显示:采用上述加速电极加速的质子束完全通过加速段，没有损失；而采用平板电极加速的质子束被最后2片电极片部分拦截，发生损失，证明本实用新型的加速电极具有良好的聚焦作用，能够避免被加速粒子的损失。同时，“电子负载”和“全电压效应”也得到了很好的抑制。
[0021]实施例2
[0022]一种静电加速器的加速电极，由一系列电极板构成，包括12片锥面电极板，所述锥面电极板带有锥面结构，所述锥面结构的锥角处开有电极孔，所述锥面结构为四棱锥面，所述四棱锥面的各侧面与束流运动轴的锐角夹角均为60°。
[0023]以上述加速电极与结构基本相同的平板电极在相同的工况下分别对50keV的质子束进行加速。结果显示:采用上述加速电极加速的质子束完全通过加速段，没有损失；而采用平板电极加速的质子束被最后3片电极片部分拦截，发生损失，证明本实用新型的加速电极具有良好的聚焦作用，能够避免被加速粒子的损失。同时，“电子负载”和“全电压效应”也得到了很好的抑制。
[0024]与锥面结构采用圆锥面不同的是，采用棱锥面的加速电极加速后的粒子束斑为与棱锥截面多边形相类似的形状，而不是圆形。
【主权项】
1.一种静电加速器的加速电极，其特征在于:该静电加速器的加速电极由一系列电极板构成，所述一系列电极板包括锥面电极板，所述锥面电极板带有锥面结构，所述锥面结构的锥角处开有电极孔，所述锥面结构为圆锥面、椭圆锥面或棱锥面，所述圆锥面所在圆锥的圆锥角多90°，所述椭圆锥面所在椭圆锥的最小圆锥角多90°，所述棱锥面的各侧面与束流运动轴的锐角夹角多45°。
2.如权利要求1所述的静电加速器的加速电极，其特征在于:所述棱锥面为三棱锥面或四棱锥面。
3.如权利要求1所述的静电加速器的加速电极，其特征在于:当所述锥面结构为棱锥面时，棱锥面的各侧面与束流运动轴的锐角夹角可以不同。
【专利摘要】本实用新型涉及一种静电加速器的零部件。为解决现有静电加速器加速管“电子负载”抑制措施导致的被加速粒子损失，简化加速结构，降低加速结构成本，本实用新型提供了一种静电加速器的加速电极。该静电加速器的加速电极由一系列电极板构成，所述一系列电极板包括锥面电极板，所述锥面电极板带有锥面结构，所述锥面结构的锥角处开有电极孔，所述锥面结构为圆锥面、椭圆锥面或棱锥面。本实用新型的静电加速器的加速电极能够对正向加速的束流提供聚焦力，对反向加速的束流提供散焦力，在抑制“电子负载”和“全电压效应”的同时，避免了被加速粒子的损失；同时其加速结构较为简单，降低了加速结构的生产或改造成本，且不会对静电加速器形成不利影响。
【IPC分类】H05H5-04, H05H5-02
【公开号】CN204408735
【申请号】CN201420780199
【发明人】李金海, 韩广文
【申请人】中国原子能科学研究院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月11日