一种离子输运装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种离子输运装置，其特征在于，包括连接套筒、收集狭缝板、收集透镜组、矫正磁铁、分子泵和辅助收集透镜组，所述收集狭缝板上设置有收集狭缝，所述收集透镜组、矫正磁铁、分子泵和辅助收集透镜组按照离子束传输的方向依次设置在所述收集狭缝板的后侧，所述连接套筒套装在所述收集狭缝板和收集透镜组上。本发明提供的离子输运装置，用于对离子激光加速器中离子的收集和输运，由于设置有连接套筒，可以将所述离子输运装置的一部分插入激光靶室内部，能够进一步缩小离子输运装置和激光靶之间的距离，使得整个离子输运装置对离子束的控制更加灵活和高效，能够满足不同的应用需求。
【专利说明】—种离子输运装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子输运装置，尤其涉及一种激光加速器中离子的输运装置。
【背景技术】
[0002]世界上许多研究所正在进行激光加速器应用方面的研究，但是，研究仍然处于探索阶段。这是因为激光加速器产生的离子束具有:短脉冲、高流强、大能散等特点，对于离子束的应用造成了很大的困扰。激光加速器产生的离子束脉宽仅为几十皮秒，而且每个脉冲包含IO8-1O11个离子，所以脉冲流强能够达到安培量级。而且离子束的初始束斑与激光焦斑尺寸相等，仅为几个微米，导致空间电荷效应非常强烈，离子束在传输时的包络很大，传输效率低下。尽管刚产生的离子束内会有大量的伴随电子来中和空间电荷效应，但是，在输运的过程中，这些伴随电子将会被传输元件的磁场偏转出离子束。同时，离子束的能散很大，而且包含多种离子，因此，在传输过程中的像差现象很严重。所以，最初的收集段是非常困难和关键的部分。人们尝试了多种传输元件来输运离子，包括永磁四极磁铁透镜、线圈磁铁、激光触发的微透镜等等。现有传输元件对离子的输运不能达到应用的要求。为了达到应用的要求，对离子的输运过程进行改进的需求日益变得紧迫。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离子输运装置，以解决现有技术中的离子输运不能达到应用要求的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供一种离子输运装置，其特征在于，包括连接套筒、收集狭缝板、收集透镜组、矫正磁铁、分子泵和辅助收集透镜组，所述收集狭缝板上设置有收集狭缝，所述收集透镜组、矫正磁铁、分子泵和辅助收集透镜组按照离子束传输的方向依次设置在所述收集狭缝板的后侧，所述连接套筒套装在所述收集狭缝板和收集透镜组上。
[0005]优选地，所述连接套筒为前端设有通孔、后端开口的带底筒状结构，在所述连接套筒前端面中心位置设有所述通孔。
[0006]优选地，还包括上游真空管，所述收集透镜组套装在所述上游真空管的径向外侧。
[0007]优选地，所述上游真空管与所述连接套筒一体形成；或者，
[0008]所述上游真空管与所述连接套筒分体形成，所述上游真空管的前端设置在所述通孔中。
[0009]优选地，在所述连接套筒上位于所述连接套筒轴向前端和后端之间的位置设置激光靶室连接部。
[0010]优选地，所述连接套筒的筒身部分套装在所述收集透镜组的径向外侧。
[0011]优选地，在所述连接套筒内壁上与所述收集透镜组对应的位置设置有透镜固定装置；优选的，所述透镜固定装置与所述连接套筒一体形成或者分体形成。
[0012]优选地，所述透镜固定装置从所述连接套筒的内壁沿径向向连接套筒的内部延伸，其径向最内端卡接在所述收集透镜组的外壁上。
[0013]优选地，所述透镜固定装置为板、杆、圆环或框架结构。
[0014]优选地，在所述连接套筒筒壁上靠近内壁的位置设置T形槽，在所述透镜固定装置与所述连接套筒连接的位置设置与所述T形槽对应的T形突起。
[0015]优选地，在所述辅助收集透镜组的径向内侧设置有下游真空管。
[0016]优选地，所述收集狭缝板与所述上游真空管分体形成，所述收集狭缝板设置在所述上游真空管靠近激光靶的一端；或者，
[0017]所述收集狭缝板与所述上游真空管一体形成，所述收集狭缝板位于所述上游真空管的靠近激光靶的一端。
[0018]本发明提供的离子输运装置，用于对激光加速器中离子的收集和输运，由于设置有连接套筒，可以将所述离子输运装置的一部分插入激光靶室内部，能够进一步缩小离子输运装置和激光靶之间的距离，使得整个离子输运装置对离子束的控制更加灵活和高效，在将离子束输运至应用平台的同时，能够满足不同的应用需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0020]图1为本发明的离子输运装置整体结构示意图；
[0021 ] 图2为图1的A-A剖视图；
[0022]图3为本发明透镜固定装置实施例之一的结构示意图；
[0023]图4为图1的K部放大图；
[0024]图5为本发明收集狭缝板的板厚、放置位置和收集狭缝孔径的关系示意图；
[0025]图6为本发明的一个实施例的离子束传输模拟图；
[0026]图7为本发明的另一个实施例的离子束传输模拟图。
【具体实施方式】
[0027]以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
[0028]本发明中的“前侧”、“后侧”、“前端”、“后端”是按照离子束传输方向定义的，靠近激光靶的一侧定义为前侧、前端，远离激光靶的一侧定义为后侧、后端。
[0029]如图1所示，本发明的离子输运装置主要包括:连接套筒30、收集狭缝板1、收集透镜组2、矫正磁铁3、分子泵4和辅助收集透镜组6。
[0030]如图1所示，本发明的离子输运装置的前端放置在靠近激光靶10的位置，所述激光靶10位于激光靶室20内部。所述连接套筒30为前端设有通孔301 (参见图4)、后端开口的带底筒状结构，在所述连接套筒30前端面的中心位置设有通孔301，所述上游真空管102 (后面有详细的介绍)的前端设置在所述通孔301中。在位于所述连接套筒30轴向前端和后端之间的位置设置有激光靶室连接部302，该激光靶室连接部302将所述连接套筒30固定在所述激光靶室20上。所述连接套筒30的筒身部分套装在所述收集透镜组2的径向外侧。[0031]如图2所示，在一个优选实施例中，在所述连接套筒30内部与所述收集透镜组2对应的位置设置有透镜固定装置303，所述透镜固定装置303从所述连接套筒30的内壁沿径向向连接套筒30的内部延伸，其径向最内端卡接在所述收集透镜组2的外壁上。优选的，所述透镜固定装置303为板或者杆或者圆环(图1、图2中示出的为板的情形)，所述板或杆在所述连接套筒30的内壁上设置有多个，以能够牢固的将所述收集透镜组2固定为宜，图2中示出的为四个的情况。参见图1，所述透镜固定装置303沿所述连接套筒30的轴向设置有多组(图1中为三组)，其设置组数与收集透镜组2的透镜数相对应。
[0032]所述透镜固定装置303可以与所述连接套筒30 —体形成，也可以分体形成，分体形成时，可在所述连接套筒30筒壁上靠近内壁的位置设置T形槽，在所述透镜固定装置303与所述连接套筒30连接的位置设置T形突起，通过所述T形突起在所述T形槽内滑动，从而将所述透镜固定装置303固定在所述连接套筒30的内壁上。
[0033]在另外一个实施例中，所述透镜固定装置303为框架结构，如图3所示，在多块固定板3031或杆(图中示出的是板的情形)之间设置有连接圈3032，这样所述透镜固定装置303构成为一个整体，在所述固定板3031与所述连接套筒30内壁连接的位置设置T形突起3033，通过将这些T形突起3033插入设置在连接套筒30内壁上的T形槽(图中未示出)将所述透镜固定装置303与所述连接套筒30进行连接。
[0034]通过设置该连接套筒30，所述收集透镜组2和上游真空管102的前端可以插入所述激光靶室20内部，这样可以在更大范围内调节本发明的离子输运装置和激光靶10之间的距离。
[0035]所述收集狭缝板I上设置有收集狭缝101 (参见图4)，激光加速器产生的离子束的初始发散角很大，离子束沿着激光靶10的法线方向运动。在靠近所述激光靶10的位置放置带有收集狭缝101的收集狭缝板1，利用收集狭缝101对离子束进行初步筛选。在保证离子的数目满足应用要求的前提下，选择合适的收集狭缝101，使离子束的中心部分通过收集狭缝101，同时将发散角较大的离子和部分杂质离子在输运的初始阶段就筛除掉。
[0036]收集狭缝板I的板厚、放置位置、收集狭缝101的孔径和通过收集狭缝101进入离子输运装置的离子束发散角的关系如图5所示，在一个优选的实施例中，收集狭缝板I的有效厚度选择为L=10mm。为了能够屏蔽发散角较大的高能离子，并且减少由于离子轰击产生的二次离子、电子进入离子输运装置，收集狭缝101的孔径要尽可能小，厚度要尽可能厚。因此，收集狭缝101的放置位置和孔径尺寸不同，通过收集狭缝101进入离子输运装置的离子束发散角也不相同。在优选的实施例中，收集狭缝101与激光靶10的距离D为40mm，50mm和90mm时，收集狭缝101孔径尺寸r与通过收集狭缝101的离子束发散角Φ的关系，如下表所示:
【权利要求】
1.一种离子输运装置，其特征在于，包括连接套筒、收集狭缝板、收集透镜组、矫正磁铁、分子泵和辅助收集透镜组，所述收集狭缝板上设置有收集狭缝，所述收集透镜组、矫正磁铁、分子泵和辅助收集透镜组按照离子束传输的方向依次设置在所述收集狭缝板的后侧，所述连接套筒套装在所述收集狭缝板和收集透镜组上。
2.根据权利要求1所述的离子输运装置，其特征在于，所述连接套筒为前端设有通孔、后端开口的带底筒状结构，在所述连接套筒前端面中心位置设有所述通孔。
3.根据权利要求2所述的离子输运装置，其特征在于，还包括上游真空管，所述收集透镜组套装在所述上游真空管的径向外侧。
4.根据权利要求3所述的离子输运装置，其特征在于，所述上游真空管与所述连接套筒一体形成；或者， 所述上游真空管与所述连接套筒分体形成，所述上游真空管的前端设置在所述通孔中。
5.根据权利要求2所述的离子输运装置，其特征在于，在所述连接套筒上位于所述连接套筒轴向前端和后端之间的位置设置激光靶室连接部。
6.根据权利要求2所述的离子输运装置，其特征在于，所述连接套筒的筒身部分套装在所述收集透镜组的径向外侧。
7.根据权利要求6所述的离子输运装置，其特征在于，在所述连接套筒内壁上与所述收集透镜组对应的位置设置有透镜固定装置；优选的，所述透镜固定装置与所述连接套筒一体形成或者分体形成。
8.根据权利要求7所述的离子输运装置，其特征在于，所述透镜固定装置从所述连接套筒的内壁沿径向向连接套筒的内部延伸，其径向最内端卡接在所述收集透镜组的外壁上。
9.根据权利要求7或8所述的离子输运装置，其特征在于，所述透镜固定装置为板、杆、圆环或框架结构。
10.根据权利要求9所述的离子输运装置，其特征在于，在所述连接套筒筒壁上靠近内壁的位置设置T形槽，在所述透镜固定装置与所述连接套筒连接的位置设置与所述T形槽对应的T形突起。
11.根据权利要求1所述的离子输运装置，其特征在于，在所述辅助收集透镜组的径向内侧设置有下游真空管。
12.根据权利要求3所述的离子输运装置，其特征在于，所述收集狭缝板与所述上游真空管分体形成，所述收集狭缝板设置在所述上游真空管靠近激光靶的一端；或者， 所述收集狭缝板与所述上游真空管一体形成，所述收集狭缝板位于所述上游真空管的靠近激光靶的一端。
【文档编号】H05H15/00GK103826380SQ201410093898
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】尚勇, 朱昆, 颜学庆 申请人:北京大学