一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置的制作方法

本发明涉及一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置。

背景技术：

离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。负氢离子源是一种能够产生负氢离子束流的装置，目前主要应用在中性束注入器上为其提供>180keV的高能束流，高能束流注入受控聚变装置为等离子体加热从而达到聚变温度。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置，包括有铯注入器、RF驱动器、放电室、探针板、电极系统、锥形支撑座、金属法兰、支撑环氧、磁滤器和四层永久磁铁，在放电室的顶端固定有放电室盖板，在放电室盖板的上方依次安装有所述的RF驱动器和铯注入器，所述的放电室固定安装在探针板上，在所述的探针板上安装有多个朗缪尔探针，所述的磁滤器安装在探针板的下面，所述的锥形支撑座位于探针板的下方，电极系统安装在锥形支撑座上，在锥形支撑座上设有两层金属法兰，所述的支撑环氧位于两层金属法兰之间，在锥形支撑座上还设有冷却水管一，所述的冷却水管一的两端分别位于金属法兰上，冷却水管一的中间部分穿过所述的电极系统，所述的四层永久磁铁环绕安装在放电室的外围。

所述的电极系统是由PG电极、EG电极、ESG电极和GG电极四层电极组成，每层电极由四块电极板组成，每块电极板有30个圆孔，PG电极和EG电极之间有12kV电压，EG电极和ESG电极等电位与GG电极之间有50kV电压。

所述的四层电极内部均含有12个长3mm宽2.5mm的冷却水路，在冷却水路下面开有永久磁体安装槽，在永久磁体安装槽内安装有永久磁体，在电极上方固定有磁体盖板。

所述的放电室上焊接有内径是4mm厚度为1mm冷却水管二给整个放电室冷却，所述的四层永久磁铁为长50mm、宽10mm、高度15mm、磁感应强度为3600高斯永久磁铁

RF驱动器作为等离子体发生器产生等离子体，其中放电室作为等离子体扩展室，铯注入器能促进负离子产生, 磁过滤器能够有效降低引出区的电子温度和负离子损失率。电极系统由四层圆孔形水冷电极组成。四层电极分别是：等离子体电极（PG电极），引出电极（EG电极），电子抑制电极（ESG电极），地电极（GG）。每层电极由四块电极板组成，每块电极板有30个圆孔，其中PG和EG电极之间有12kV电压，EG和ESG等电位与GG之间有50kV电压。负氢离子在多级电场加速下被引出，束流密度达到350A/m2。

本发明的优点是：本发明通过RF驱动器产生稳定的长脉冲等离子体，在铯注入器的帮助下提高负氢离子的产出，通过引出系统引出束流，束流密度达到350A/m²。该负氢离子源提供一种长脉冲高功率的负氢离子源，满足中性束注入装置高参数要求。

附图说明

图1是本发明的1/4剖视图。

图2是本发明的四层电极示意图。

图3是本发明的EG电极结构示意图。

图4为本发明的EG电极剖视图。

图5为本发明的EG电极盖上盖板结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5所示，一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置，包括有铯注入器1、RF驱动器2、放电室4、探针板5、电极系统6、锥形支撑座7、金属法兰8、支撑环氧9、磁滤器11和四层永久磁铁13，在放电室4的顶端固定有放电室盖板3，在放电室盖板3的上方依次安装有所述的RF驱动器2和铯注入器1，所述的放电室4固定安装在探针板5上，在所述的探针板5上安装有多个朗缪尔探针，所述的磁滤器11安装在探针板5的下面，所述的锥形支撑座7位于探针板5的下方，电极系统6安装在锥形支撑座7上，在锥形支撑座7上设有两层金属法兰8，所述的支撑环氧9位于两层金属法兰8之间，在锥形支撑座7上还设有冷却水管一10，所述的冷却水管一10的两端分别位于金属法兰8上，冷却水管一10的中间部分穿过所述的电极系统6，所述的四层永久磁铁13环绕安装在放电室4的外围。

所述的电极系统6是由等离子体电极14、引出电极15、电子抑制电极16和地电极17四层电极组成，每层电极由四块电极板组成，每块电极板有30个圆孔，等离子体电极14和引出电极15之间有12kV电压，引出电极15和电子抑制电极16等电位与地电极17之间有50kV电压。

所述的四层电极内部均含有12个长3mm宽2.5mm的冷却水路18，在冷却水路18下面开有永久磁体安装槽19，在永久磁体安装槽19内安装有永久磁体20，在电极上方固定有磁体盖板21。

所述的放电室4上焊接有内径是4mm厚度为1mm冷却水管二12给整个放电室冷却，所述的四层永久磁铁13为长50mm、宽10mm、高度15mm、磁感应强度为3600高斯永久磁铁。

在图1中，将RF驱动器2和铯注入器1安装在放电室盖板3上,整体安装在放电室4上，密封采用氟橡胶圈密封。放电室4通过螺栓固定在探针板上5，探针板上5安装多个朗缪尔探针用来测量等离子体参数。电极系统6安装在锥形支撑座7上，支撑座7采用锥形结构可以在有限的空间下大大增加了电极之间的绝缘间距，从而达到减小引出系统尺寸，节约材料及增加强度的目的。锥形支撑座7安装在金属法兰8上，金属法兰8不仅提供支撑作用还可以起到供应冷却水及施加电压的作用。支撑环氧9作为绝缘材料采用螺栓和氟橡胶密封圈固定在金属法兰8之间。冷却水通过金属法兰8上的接口引入冷却水再通过冷却水管10流入电极系统6实现冷却。其中磁滤器11安装在探针板上5主要是降低引出区的电子温度，从而减小高能电子对负离子造成的碰撞损失。放电室4上焊接有冷却水管12可以给整个放电室冷却。四层永久磁铁13环绕安装在放电室周围，其作用是约束等离子体，提高等离子体的密度均匀性， 使等离子体密度随时间的变化较小。

在图2中，PG电极14和EG电极15电极之间有12kV电压，EG电极15和ESG电极16等电位与GG电极17之间有50kV电压。负氢离子在多级电场加速下被引出，束流密度达到350A/m2。

在图3、4、5中，各电极内部含有水冷槽，内部含有12个长3mm宽2.5mm的冷却水路18用来冷却整个电极，水路下面是永久磁体安装槽19内安装永久磁体20用来约束协同电子防止其对下层电极轰击造成破坏。磁铁盖板21通过螺栓固定在EG电极15上防止永久磁体20脱落。

孔形水冷电极系统负氢离子源工作原理：氢气进入RF驱动器2被电离产生等离子体，与放电室4内壁相接触的等离子体电子和离子会损失掉。当放电稳定时，进入等离子体的电子和产生的离子与损失在阳极的电子和离子的数目是趋于相等的。在电极系统6加载高压，电极系统形成离子光学透镜。引出的离子经过电极系统形成离子束，并加速到所要求的能量。