离子加速器注入装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种离子加速器注入装置，其特征在于包括有用于产生高流强的离子束流ECR离子源和第一螺线管与第二螺线管通过真空管道连接RFQ直线加速器和混合型离子加速装置；所述的RFQ直线加速器包含真空腔桶和互为垂直的四个电极，电极的表面呈现波浪形状的调制曲面；所述的混合型离子加速装置，包括有在真空腔筒内设有互为垂直的四个T形板，多个漂移管通过漂移管支撑杆分别固连于两个T形板之间；多个漂移管与真空腔筒在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个垂直的T形板之间；水平高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个水平的T形板之间；RFQ直线加速器和混合型离子加速装置之间没有传输线的匹配并通过法兰连接。
【专利说明】离子加速器注入装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种离子注入器装置，属于核能【技术领域】。
【背景技术】
[0002]质子、重离子在科研、工业、医疗、航天等方面的应用越来越广泛。高能离子束流可以开展核物理、核天体等方面的科研工作；230MeV/u-400MeV/u的离子束流在癌症治疗方面的应用已经被认为是当今国际上最有效的方法之一 ；10MeV/u的离子束流在离子注入、辐照制药、同位素产生等应用中得到广泛应用。
[0003]在实施上述应用中，离子注入器是最基本的装置。离子注入器根据需要可以提供质子到铀束不同离子的加速，根据下游加速器的需求可提供lOMeV/u之内的束流。离子注入器可以作为强流加速器、同步加速器、治疗装置等等应用型加速装置的前端加速器，也可以直接利用离子注入器进行离子注入、辐照、中子源等工业科研应用。
[0004]目前传统的直线注入器包含离子源、低能传输段、高压静电加速器或者RFQ直线加速器、中能传输段、常规DTL加速器。
实用新型内容
[0005]本实用新 型的目的在于避免现有技术的不足提供一种离子加速器注入装置。以解决低能高流强的离子束流的加速，避免了现有技术加速效率低、高流强离子束流加速品质差、兀件多而造成的造价昂贵，稳定性差等问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为:一种离子加速器注入装置，其主要特点在于包括有用于产生高流强的离子束流ECR离子源和第一螺线管与第二螺线管通过真空管道连接RFQ直线加速器和混合型离子加速装置。RFQ直线加速器和混合型离子加速器通过法兰连接。
[0007]ECR离子源用于产生高流强的离子束流，两个螺线管，用于匹配离子源到RFQ直线加速器的束流，RFQ直线加速器采用变孔径的设计使得结构的聚焦逐渐变弱从而直接跟后面的混合型DTL进行连接，混合型DTL采用高频电四极透镜进行横纵向聚焦，加速间隙利用零度相位进行加速，从而可以大大的提升该注入器的加速效率。
[0008]所述的离子加速器注入装置，所述的ECR离子源，吸极引出高压20KV-100KV，回旋频率为 2GHz-30GHz。
[0009]所述的离子加速器注入装置，所述的RFQ直线加速器包含真空腔桶和互为垂直的四个电极，电极的表面呈现波浪形状的调制曲面；其中相对两电极之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm。
[0010]所述的离子加速器注入装置，所述的混合型离子加速装置，包括有在真空腔筒内设有互为垂直的四个T形板，多个漂移管通过漂移管支撑杆分别固连于两个T形板之间；多个漂移管与真空腔筒在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个垂直的T形板之间；水平高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个水平的T形板之间。
[0011]所述的离子加速器注入装置，所述的漂移管的长度为0.7-lOcm ;内径为1.5cm?5cm，相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为l-5cm。
[0012]所述的离子加速器注入装置，所述的垂直高频电四极透镜为中部凸起的马鞍形，两凸起之间的最小孔径为1.5-4cm,所述的垂直高频电四极透镜长度为2cm?30cm ;7jC平高频电四极透镜为凹下的马鞍形，两凹下之间的最大孔径为2-6cm，所述的水平高频电四极透镜长度为2cm?30cm。
[0013]所述的离子加速器注入装置，所述的注入器的真空度为10_4_10_7Pa。
[0014]所述的离子加速器注入装置，所述的RFQ直线加速器和混合型离子加速装置工作频率在50-500MHZ，混合型离子加速装置的工作频率为RFQ直线加速器的工作频率的1_4倍。
[0015]所述的离子加速器注入装置，RFQ直线加速器和混合型离子加速装置之间没有传输线的匹配。
[0016]本实用新型的有益效果是在强流离子束流的加速中，由于结构更加紧凑，使得束流品质更加优良；本结构利用混合型DTL将加速功能，横纵向聚焦功能结合在同一个高频结构中，腔体分路阻抗高，高频功耗大大的降低；利用零相位进行加速，加速效率更高，可以有效的降低腔体的长度，提高有效加速梯度；RFQ和混合型DTL之间不需要额外的传输匹配段，可以降低建造成本，缩短装置的长度。本实用新型主要是用于强流低能离子束流的加速，可用于强流加速器的注入器、工业加速器、治疗装置注入器等应用型加速装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型主视示意图；
[0018]图2 (a)为本实用新型RFQ直线加速器左视示意图；
[0019]图2 (b)为本实用新型RFQ直线加速器主视示意图；
[0020]图3为本实用新型混合型离子加速器主视示意图；
[0021]图4为本实用新型混合型离子加速器A-A剖视示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图来详细说明本实用新型。
[0023]实施例1:见图1，一种离子加速器注入装置，包括有用于产生高流强的离子束流ECR离子源I和第一螺线管2与第二螺线管3通过真空管道连接RFQ直线加速器4和混合型离子加速装置DTL5。RFQ直线加速器4和混合型离子加速器DTL5通过法兰连接。
[0024]所述的ECR离子源1，吸极引出高压20KV，回旋频率为2GHz。
[0025]见图2 (a)、图2 (b)，所述的RFQ直线加速器4包含真空腔桶4_1和互为垂直的四个电极4-2，4-3，4-4，4-5，电极的表面呈现波浪形状的调制曲面。其中相对两电极4_2和4-4之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm ;相对两电极4_3和4_5之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm，工作频率为50MHz-500MHz。RFQ结构采用四翼型高频结构。RFQ直线加速器结构半径为100mm，长度为lm。RFQ直线加速器4采用变孔径的设计使得结构的聚焦逐渐变弱从而直接跟后面的混合型DTL进行连接。[0026]见图3、图4，所述的混合型离子加速装置5，包括有在真空腔筒5-1内设有互为垂直的四个T形板5-2，多个漂移管5-3通过漂移管支撑杆5-4分别固连于两个T形板5_2之间；多个漂移管5-3与真空腔筒5-1在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜5-5相向设于漂移管5-3之间，并固连于两个垂直的T形板5-2之间；水平高频电四极透镜5-6相向设于漂移管5-2之间，并固连于两个水平的T形板之间。混合型DTL离子加速装置5采用高频电四极透镜进行横纵向聚焦，加速间隙利用零度相位进行加速，从而可以大大的提升该注入器的加速效率。工作频率为50ΜΗζ-500ΜΗζ。混合型DTL直线加速器腔体半径为100mm，长度为lm。
[0027]所述的离子加速器注入装置的材料为金属铜。
[0028]所述的离子加速器注入装置，所述的漂移管的长度为0.7-10cm ;内径为L 5cmcm，相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为l_5cm。
[0029]所述的离子加速器注入装置，所述的垂直高频电四极透镜为中部凸起的马鞍形，两凸起之间的孔径为1.5-4cm，所述的垂直高频电四极透镜长度为2cm?30cm ;水平高频电四极透镜为凹下的马鞍形，两凹下之间的最大孔径为2-6cm，所述的水平高频电四极透镜长度为2cm?30cm。
[0030]所述的离子加速器注入装置，所述的注入器的真空度为10_4_10_7Pa。
[0031]所述的离子加速器注入装置，所述的RFQ直线加速器和混合型离子加速装置8工作频率在50-500MHZ，混合型离子加速装置8的工作频率为RFQ直线加速器的工作频率。
[0032]所述的一种离子加速器注入装置，RFQ直线加速器和混合型DTL之间没有传输线的匹配。
[0033]实施例2:见图1，一种离子加速器注入装置，包括有用于产生高流强的离子束流ECR离子源I和第一螺线管2与第二螺线管3通过真空管道连接RFQ直线加速器4和混合型离子加速装置DTL5。RFQ直线加速器4和混合型离子加速器DTL5通过法兰连接。
[0034]所述的ECR离子源I，吸极引出高压100KV，回旋频率为30GHz。
[0035]见图2 (a)、图2 (b)，所述的RFQ直线加速器4包含真空腔桶4_1和互为垂直的四个电极4-2，4-3，4-4，4-5，电极的表面呈现波浪形状的调制曲面。其中相对两电极4_2和4-4之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm ;相对两电极4_3和4_5之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm，工作频率为500MHz。RFQ结构采用四翼型高频结构。RFQ直线加速器结构半径为500mm，长度为5m。RFQ直线加速器4采用变孔径的设计使得结构的聚焦逐渐变弱从而直接跟后面的混合型DTL进行连接。
[0036]见图3、图4，所述的混合型离子加速装置5，包括有在真空腔筒5-1内设有互为垂直的四个T形板5-2，多个漂移管5-3通过漂移管支撑杆5-4分别固连于两个T形板5_2之间；多个漂移管5-3与真空腔筒5-1在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜5-5相向设于漂移管5-3之间，并固连于两个垂直的T形板5-2之间；水平高频电四极透镜5-6相向设于漂移管5-2之间，并固连于两个水平的T形板之间。混合型DTL离子加速装置5采用高频电四极透镜进行横纵向聚焦，加速间隙利用零度相位进行加速，从而可以大大的提升该注入器的加速效率。工作频率为500MHz。混合型DTL直线加速器腔体半径为500mm，长度为5m ο
[0037]所述的离子加速器注入装置的材料为金属铜。[0038]所述的离子加速器注入装置，所述的漂移管的长度为0.7-lOcm ;内径为5cm，相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为l_5cm。
[0039]所述的离子加速器注入装置，所述的垂直高频电四极透镜为中部凸起的马鞍形，两凸起之间的孔径为1.5-4cm，所述的垂直高频电四极透镜长度为30cm ;水平高频电四极透镜为凹下的马鞍形，两凹下之间的最大孔径为6cm，所述的水平高频电四极透镜长度为30cmo
[0040]所述的离子加速器注入装置，所述的注入器的真空度为10-4-10_7Pa。
[0041]所述的离子加速器注入装置，所述的RFQ直线加速器和混合型离子加速装置8工作频率在50-500MHZ，混合型离子加速装置8的工作频率为RFQ直线加速器的工作频率的的4倍。
[0042]所述的一种离子加速器注入装置，RFQ直线加速器和混合型DTL之间没有传输线的匹配。
[0043]实施例3:见图1，一种离子加速器注入装置，包括有用于产生高流强的离子束流ECR离子源I和第一螺线管2与第二螺线管3通过真空管道连接RFQ直线加速器4和混合型离子加速装置DTL5。RFQ直线加速器4和混合型离子加速器DTL5通过法兰连接。
[0044]所述的ECR离子源1，吸极引出高压60KV，回旋频率为20GHz。
[0045]见图2 (a)、图2 (b)，所述的RFQ直线加速器4包含真空腔桶4_1和互为垂直的四个电极4-2，4-3，4-4，4-5，电极的表面呈现波浪形状的调制曲面。其中相对两电极4_2和4-4之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm ;相对两电极4_3和4_5之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm，工作频率为50MHz-500MHz。RFQ结构采用四翼型高频结构。RFQ直线加速器结构半径为300mm，长度为3m。RFQ直线加速器4采用变孔径的设计使得结构的聚焦逐渐变弱从而直接跟后面的混合型DTL进行连接。
[0046]见图3、图4，所述的混合型离子加速装置5，包括有在真空腔筒5-1内设有互为垂直的四个T形板5-2，多个漂移管5-3通过漂移管支撑杆5-4分别固连于两个T形板5_2之间；多个漂移管5-3与真空腔筒5-1在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜5-5相向设于漂移管5-3之间，并固连于两个垂直的T形板5-2之间；水平高频电四极透镜5-6相向设于漂移管5-2之间，并固连于两个水平的T形板之间。混合型DTL离子加速装置5采用高频电四极透镜进行横纵向聚焦，加速间隙利用零度相位进行加速，从而可以大大的提升该注入器的加速效率。工作频率为50ΜΗζ-500ΜΗζ。混合型DTL直线加速器腔体半径为300mm，长度为3m。
[0047]所述的离子加速器注入装置的材料为不锈钢镀铜。
[0048]所述的离子加速器注入装置，所述的漂移管的长度为0.7-10cm ；内径为1.5cm?5cm，相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为l-5cm。
[0049]所述的离子加速器注入装置，所述的垂直高频电四极透镜为中部凸起的马鞍形，两凸起之间的孔径为1.5-4cm，所述的垂直高频电四极透镜长度为2cm?30cm ;水平高频电四极透镜为凹下的马鞍形，两凹下之间的最大孔径为2-6cm，所述的水平高频电四极透镜长度为2cm?30cm。
[0050]所述的离子加速器注入装置，所述的注入器的真空度为10_4_10_7Pa。
[0051]所述的离子加速器注入装置，所述的RFQ直线加速器和混合型离子加速装置8工作频率在50-500MHz，混合型离子加速装置8的工作频率为RFQ直线加速器的工作频率或者混合型DTL的工作频率是RFQ直线加速器的工作频率的的2倍。
[0052]所述的一种离子加速器注入装置，RFQ直线加速器和混合型DTL之间没有传输线的匹配。
[0053]使用时，离子加速器注入装置的使用方法，其步骤为:
[0054](I)由ECR离子源产生离子束，在吸极引出高压20KV-100KV下将束流引出，经过两个螺线管透镜的匹配后注入到RFQ直线加速器；
[0055](2) RFQ直线加速器将离子加速到0.5-3MeV/u,然后继续匹配到混合型DTL直线加速器进行加速；
[0056](3)混合型DTL直线加速器将束流加速到4MeV/u-10MeV/u后，继续注入强流加速器、同步加速器、治疗装置应用型加速装置进行加速，或直接利用该束流进行离子注入、辐照、中子源应用。
【权利要求】
1.一种离子加速器注入装置，其特征在于包括有用于产生高流强的离子束流ECR离子源和第一螺线管与第二螺线管通过真空管道连接RFQ直线加速器和混合型离子加速装置；所述的RFQ直线加速器包含真空腔桶和互为垂直的四个电极，电极的表面呈现波浪形状的调制曲面；其中相对两电极之间的距离为变间距，间距范围为2mm-10mm ;所述的混合型离子加速装置，包括有在真空腔筒内设有互为垂直的四个T形板，多个漂移管通过漂移管支撑杆分别固连于两个T形板之间；多个漂移管与真空腔筒在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个垂直的T形板之间；水平高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个水平的T形板之间；RFQ直线加速器和混合型离子加速装置之间没有传输线的匹配并通过法兰连接。
2.如权利要求1所述的离子加速器注入装置，其特征在于所述的ECR离子源，吸极引出高压 20KV-100KV，回旋频率为 2GHz-30GHz。
3.如权利要求1所述的离子加速器注入装置，其特征在于所述的漂移管的长度为0.7-10cm ;内径为1.5cm?5cm,相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为l_5cm。
4.如权利要求1所述的离子加速器注入装置，其特征在于所述的垂直高频电四极透镜为中部凸起的马鞍形，两凸起之间的最小孔径为1.5-4cm，所述的垂直高频电四极透镜长度为2cm?30cm ;水平高频电四极透镜为凹下的马鞍形,两凹下之间的最大孔径为2_6cm,所述的水平高频电四极透镜长度为2cm?30cm。
5.如权利要求1所述的离子加速器注入装置，其特征在于所述的注入器的真空度为I (T4-1 (T7Pa。
6.如权利要求1所述的离子加速器注入装置，其特征在于所述的RFQ直线加速器和混合型离子加速装置工作频率在50-500MHZ，混合型离子加速装置的工作频率为RFQ直线加速器的工作频率的2倍。
【文档编号】H05H7/08GK203827596SQ201320605609
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】王志军, 何源, 刘鲁北 申请人:中国科学院近代物理研究所