一种内置式负离子源回旋加速器的制作方法

本发明属于核，涉及加速器技术,具体涉及一种内置式负离子源回旋加速器。

背景技术：

1、回旋加速器广泛应用于核物理、同位素生产、环境、生物等各个领域。近年来，核医学pet（正电子发射断层成像）诊断的发展对正电子同位素提出了更高的需求，回旋加速器由于其紧凑性、占地面积小、功耗低、流强高等技术特点，使得其广泛应用于放射性同位素的生产。

2、负氢离子在潘宁离子源中产生，通过离子源引出系统引出进入加速器，通过磁场和电场聚焦、多个电场加速间隙加速获得能量后进入靶系统打靶生产所需核素。加速器的打靶束流强度是加速器的一个重要参数，决定该项参数的影响因素很多，中心区引出的束流品质和强度是决定上靶流强的关键因素。离子源位于加速器的中心位置，以加速器为中心，半径80mm的圆内称为加速器中心区，在中心区内，束流的聚焦主要由电场决定。除束流引出和加速外，中心区在束流引出和加速的过程中还主要起到以下两个作用：

3、1.束流在每一台加速器上都有一条相对静态平衡轨道，即在理论上来看，束流按照该轨道加速运动，但在实际应用中，束流中的大多粒子是偏离该平衡轨道的，轨道偏心会引起加速过程中圈与圈的严重重合，造成束流品质降低。束流偏离静态平衡轨道的程度称为轨道中心化程度，通常由束流的径向相空间来衡量，当束流的轨道中心化程度满足加速器磁场的径向接受度时，则该偏离程度是可接受的，反之则会影响束流品质。因此保证束流具备一个良好的轨道中心化结果是中心区的第一个作用。

4、2.加速器的加速电场是一个随时间变化的正弦波形场，根据加速器的设计现状，束流入射相位只有在一定相位宽度内才能被加速器加速，这里的相位宽度通常指相位接受度。部分束流入射相位不在该相位接受度内，从离子源出来后会在中心区漂移，这些漂移的束流会影响其余束流的品质。另外，引出束流由于径向振动的原因在中心区处于径向发散状态，因此中心区还存在部分不满足加速器磁场的径向接受度的束流。中心区的第二个作用就是提前刮掉不满足加速条件的束流，避免其对正常束流的影响。

5、由以上两点可知，改善中心区的结构设计，提高中心区的引出和聚焦能力对加速器上靶流强的提升有着重要意义。

6、现有中心区电场加速结构见图5至图8，负氢束流从离子源引出经过第一加速间隙a1 电场聚焦进入dee板引出孔后。束流通过第二加速间隙a2进入假dee板，假dee板上前两个电极柱刮掉部分不满足加速条件的束流；束流在假dee出口处经过第三个电极柱时，不满足加速条件的束流会被再次刮掉，剩余的束流进入第三和第四加速间隙a3和a4，dee板中心部位是实心的，在此过程中部分不在相位接受度内的束流将打在dee板中心部位损失掉；从第四加速间隙a4出来再次进入假dee刮掉不符合加速条件的束流；在这一过程中，电极柱不仅起到刮掉不满足加速器条件的束流，还在周围形成了聚焦电场起到束流聚焦作用。但是这种结构设计存在以下几个缺点：

7、1.dee板中心部分是实心的，离子源所在的位置气流流导低，从离子源中出来的气体不能及时排除，导致引出束流强度降低，离子源和dee之间局部气压较高，气压较高的地方更易发生高频击穿。

8、2.该结构中电极柱的聚焦能力弱，聚焦次数少，第一加速间隙起主要聚焦作用，电极柱更多的是通过刮掉品质不好的束流来提高束流的轨道中心化程度，不能通过良好的束流聚焦加强轨道中心化程度，导致引出束流的利用率降低，而剩余的束流在中心区后面的加速过程中由于没有更多的聚焦极，束流仍处于一定程度的发散状态。

9、3.dee电极束流引出通道位于电极中心处，是一个孔隙结构，由于该结构精度要求较高，因此加工难度大，且矩形表面更易聚集电子造成高频打火。

10、4.dee电极较长，两端延伸出去的部分重力较大，中间部分宽度最小时约5mm，dee电极束流引出通道位于该中心部分，导致加工、安装或运输保存不当时中间宽度最小的部位易折断，损耗率高，导致加工成本提高，安装困难。

技术实现思路

1、为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明公开了一种内置式负离子源回旋加速器。

2、本发明所述内置式负离子源回旋加速器，包括离子源和离子源附近的dee板，以及位于dee板周围的第一假dee板和一对第二假dee板，其特征在于,所述dee板由一对相互平行的第一电极板组成，所述第一电极板由两个类三角形区域在顶点处连接组成，顶点连接处为离子源设置区，离子源设置区外侧为加速区，两个所述第一电极板通过设置在加速区的至少一个电极柱连接，两个所述第一电极板的离子源设置区之间为镂空通道。

3、优选的，所述第一电极板的两个类三角形区域底边连接有可拆卸的附加电极板。

4、优选的，所述第一假dee板包括两层第二电极板，每层包括一对通过弧形金属板连接的第二电极板，所述弧形金属板与第二电极板的连接处位于靠近离子源一端的第二电极板边界，不同层对应位置的第二电极板还通过位于靠近离子源一端设置的至少一个电极柱连接。

5、优选的，所述弧形金属板为铜板。

6、优选的，所述第二假dee板包括两个上下放置的第三电极板，第三电极板通过位于靠近离子源一端设置的至少一个电极柱连接。

7、优选的，所述电极柱均为可拆卸电极柱。

8、优选的，所述电极柱为圆柱形。

9、优选的，所述第一电极板组成的加速区设置有多个可安装电极柱的电极柱孔。

10、优选的，各个假dee板设置有多个可安装电极柱的电极柱孔。

11、采用本发明所述内置式负离子源回旋加速器，具有如下技术优越性：

12、1．dee板采用电极柱连接配合镂空通道，增大了气流通道，降低了气压，不易发生高频击穿，同时不再具有传统矩形形状造成的电场线集中点，不易发生打火不易发生打进一步降低了电压击穿概率。

13、2．假dee板和dee板上的束流通道采用多个电极柱，具有良好的电聚焦性能，可在中心区实现多级聚焦，保证中心区束流的轨道中心化程度良好，减少束流损失。

14、3．采用平行板设计的dee板容易加工，安装方便，利用附加电极板和电极柱等可拆卸设计降低了dee板运输安装时的整体重量，不易发生折断。

15、4．可拆卸圆柱形电极柱易加工，且曲面的表面状况好，可有效降低高频的打火频率。

技术特征：

1.一种内置式负离子源回旋加速器，包括离子源（2）和离子源附近的dee板（3），以及位于dee板周围的第一假dee板（41）和一对第二假dee板（42），其特征在于,所述dee板由一对相互平行的第一电极板组成，所述第一电极板由两个类三角形区域在顶点处连接组成，顶点连接处为离子源设置区，离子源设置区外侧为加速区（8），两个所述第一电极板通过设置在加速区的至少一个电极柱连接，两个所述第一电极板的离子源设置区之间为镂空通道（9）。

2.如权利要求1所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，所述第一电极板的两个类三角形区域底边连接有可拆卸的附加电极板（7）。

3.如权利要求1所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，所述第一假dee板（41）包括两层第二电极板，每层包括一对通过弧形金属板（5）连接的第二电极板，所述弧形金属板（5）与第二电极板的连接处位于靠近离子源一端的第二电极板边界，不同层对应位置的第二电极板还通过位于靠近离子源一端设置的至少一个电极柱（1）连接。

4.如权利要求1所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，所述弧形金属板（5）为铜板。

5.如权利要求1所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，所述第二假dee板（42）包括两个上下放置的第三电极板，第三电极板通过位于靠近离子源一端设置的至少一个电极柱（1）连接。

6.如权利要求1-5任意一项所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，所述电极柱均为可拆卸电极柱。

7.如权利要求1-5任意一项所述的内置式负离子源回旋加速器，所述电极柱为圆柱形。

8.如权利要求1所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，所述第一电极板组成的加速区设置有多个可安装电极柱的电极柱孔。

9.如权利要求3或5所述的内置式负离子源回旋加速器，其特征在于，各个假dee板设置有多个可安装电极柱的电极柱孔。

技术总结
一种内置式负离子源回旋加速器，包括离子源和离子源附近的DEE板，以及位于DEE板周围的第一假DEE板和一对第二假DEE板，所述DEE板由一对相互平行的第一电极板组成，所述第一电极板由两个类三角形区域在顶点处连接组成，顶点连接处为离子源设置区，离子源设置区外侧为加速区，两个所述第一电极板通过设置在加速区的至少一个电极柱连接，两个所述第一电极板的离子源设置区之间为镂空通道。本发明中DEE板采用电极柱连接配合镂空通道，增大了气流通道，降低了气压，不易发生高频击穿，束流通道采用多个电极柱，具有良好的电聚焦性能，可在中心区实现多级聚焦，保证中心区束流的轨道中心化程度良好，减少束流损失。

技术研发人员：王丹,陈宇航,马瑞利,杜洋,李杰,申圳
受保护的技术使用者：四川玖谊源粒子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5