一种可消除杂质的双离子束加速器装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201710462233.7 | 申请日 | 2017-06-19 | 公开(公告)号 | CN107278013A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 中国原子能科学研究院; | 发明人 | 唐兵; 陈立华; 崔保群; 朱升云; 马瑞刚; 马鹰俊; 黄青华; 马燮; 蒋渭生; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可消除杂质的双离子束 加速 器装置，装置一包括进气系统、离子源、束流传输元件和靶；束流传输元件包括杂质消除系统和后端束流传输元件；杂质消除系统由第一 质量 分析器、双孔选束光阑、聚焦透镜和第二质量分析器组成，其中第一质量分析器和第二质量分析器结构相同， 电场 、 磁场 设置方向相反，进气系统、离子源、第一质量分析器、双孔选束光阑、聚焦透镜、第二质量分析器、后端束流传输元件和靶分别按离子束传输方向顺序设置。本发明提供了一种既能够保证束流的纯度，又能低成本的实现了两种不同质量的离子束的产生及同轴注入的可消除杂质的双离子束加速器装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可消除杂质的双离子束加速器装置，其特征在于，该装置包括进气系统(1)、离子源(6)、束流传输元件和靶(13)； |
||||||
| 说明书全文 | 一种可消除杂质的双离子束加速器装置技术领域背景技术[0002] 离子加速器是产生、加速各种离子并将加速后的离子束传输到靶上的一种装置。加速器一般由离子源、加速段、束流传输段、束流分析等元件组成。离子源将原子或者分子电离形成带电离子，并将带电离子引出形成离子束。为了保证靶上的束流纯度，束流线上通常还需要采用质量分析器对离子束进行分析、筛选。这种带有质量分析的加速器一般只能传输一种离子束，现有技术一般也都是实现一种离子的加速及传输。但是，在某些特殊条件下，需要靶上同时注入两种或者多种不同的离子。通常采用的办法是研制多台加速器，每台加速器传输一种离子束，采用多台加速器同时供束的方式实现靶上多种离子束的同时注入。但采用这种方式，由于加速器的空间布局，各离子束之间具有一定的夹角，不能实现同轴注入。同时，采用这种方法需要多台加速器，导致研制费用较高。 [0003] 若不采用多台加速器，而采用一台加速器同时产生多种离子束，束流线采用静电元件，可以实现多种离子束的同轴传输和同轴注入。但是，同轴传输的多离子束装置不具备束流分析的能力。然而，尽管向离子源通入高纯气体，通常情况下，受到真空剩余气体和离子源出气的影响，离子源引出的离子束总会带有其它杂质离子，如N2+、O2+、H2O+等离子束。特别是对于小进气量的条件下，离子源引出束流的杂质含量可能高达20％。用于单离子束的加速器装置通常采用一台质量分析器将不同质量的离子束分开，再采用一个单孔选束光阑挑选所需要的离子束，而其它杂质离子则将被选束光阑拦截。而且，经磁分析器后，不同质量的离子束会形成一定夹角，质量不同的离子束通过质量分析器时将沿着不同的方向传输，不能同轴注入到靶上。采用常规的质量分析方法不适用于双离子束的分析。因此既能保证两种离子束同轴注入，又能保证注入离子束纯度的双离子加速器的研发，是本领域技术人员所渴望解决的一个技术难题，这对多离子加速领域具有重要意义。 发明内容[0004] (一)发明目的 [0005] 本发明克服了现有技术在处理两种或者多种离子时，每台加速器只能提供一种离子束、研制费用较高、各离子束注入方向不完全相同的不足，提供了一种既能够保证束流的纯度，又能低成本的实现了两种不同质量的离子束的产生及同轴注入的可消除杂质的双离子束加速器装置。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下： [0008] 一种可消除杂质的双离子束加速器装置，该装置包括进气系统、离子源、束流传输元件和靶；束流传输元件包括杂质消除系统和后端束流传输元件；杂质消除系统由第一质量分析器、双孔选束光阑、聚焦透镜和第二质量分析器组成，其中第一质量分析器和第二质量分析器结构相同，电场、磁场设置方向相反，进气系统、离子源、第一质量分析器、双孔选束光阑、聚焦透镜、第二质量分析器、后端束流传输元件和靶分别按离子束传输方向顺序设置。 [0009] 进一步，所述进气系统由气瓶，气管和气体质量流量计组成。 [0010] 进一步，所述后端束流传输元件全部为电元件。 [0011] 进一步，所述双孔选束光阑和聚焦透镜之间设置有可移动单孔选束光阑。 [0013] 进一步，所述质量分析器为速度选择器。 [0014] 进一步，所述聚焦透镜为左右对称的聚焦透镜。 [0015] 进一步，所述聚焦透镜为左右对称的透镜组。 [0016] 进一步，所述聚焦透镜为三圆筒静电单透镜。 [0017] 进一步，所述聚焦透镜为三单元四极透镜组。 [0018] (三)有益效果 [0019] 本发明结构简单，其中气体质量流量计可实现两种离子束比例的自由调节，易于操作；离子源可同时产生两种离子束，节约时间成本和研制费用成本，解决了从一个离子注入口同时、同轴注入两种离子的难题；杂质消除系统可去除两种不同质量离子束中的其它杂质离子，保证靶上纯度好于99.9％；单孔选束光阑可以实现运行过程中靶上离子束比例的准确测量；本发明实现了双离子束加速中离子比例可控且控制精度高，离子束纯度高，研制费用低等优点。附图说明 [0020] 图1可消除杂质的双离子束加速器结构示意图 [0021] 1、进气系统 2、杂质消除系统 3、气瓶 4、气管 5、气体质量流量计6、离子源 7、第一质量分析器 8、双孔选束光阑 9、可移动单孔选束光阑10、聚焦透镜 11、第二质量分析器 12、后端束流传输元件 13、靶 具体实施方式[0023] 如图1所示的一种可消除杂质的双离子束加速器装置，该装置包括进气系统1、离子源6、束流传输元件和靶13；束流传输元件包括杂质消除系统2和后端束流传输元件12，杂质消除系统2由第一质量分析器7、双孔选束光阑8、聚焦透镜10和第二质量分析器11组成，其中第一质量分析器7和第二质量分析器11结构相同，电场和磁场设置大小相同、方向相反；第一质量分析器7和第二质量分析器11与聚焦透镜10的距离相同，并关于聚焦透镜10中平面左右对称，形成镜像结构，使双离子束的轨迹左右对称。双孔选束光阑8和聚焦透镜10之间设置有可移动单孔选束光阑9。进气系统1、离子源6、第一质量分析器7、双孔选束光阑8、可移动单孔选束光阑9、聚焦透镜10、第二质量分析器11、后端束流传输元件12和靶13分别按离子束方向顺序摆放；后端束流传输元件12全部采用电元件，以满足不同质量的两种离子束的同轴传输。 [0024] 进气系统1包括气瓶3，气管4和气体质量流量计5，可由两组或者多组进气通路组成，可实现向离子源6同时通入两种或者多种高纯气体，调节气体质量流量计5即可控制进气比例，但是进气比例与束流比例并不完全相同，需要后期通过可移动单孔选束光阑9选束的方法测量靶上不同离子束的流强，从而确定进气量；离子源6是可以同时产生不同质量离子束的离子源6；质量分析器可用二极分析磁铁或速度选择器。混合离子束经第一质量分析器7之后被分成多个独立的离子束，在离子束分开的位置设置一台双孔选束光阑8，使需要的两种离子束通过，并阻挡其它杂质离子，实现双离子束的纯化。聚焦透镜10可使用三圆筒静电单透镜或者三单元四极透镜组等左右对称的聚焦透镜或透镜组；调节聚焦透镜10的参数，使被选出的两个离子束在聚焦透镜10的作用下，改变传输方向，使两个离子束在聚焦透镜10出口的轨迹与入口轨迹关于聚焦透镜10的中平面左右对称，并互为镜像；被改变角度的两个离子束再入射到第二质量分析器11中，在第二质量分析器11的作用下，使两个分开的离子束再次重新合成一个同轴的离子束。可以通过移动单孔选束光阑9的位置来选择一种离子束通过，实现靶13上离子束流强度和比例的精确测量。其中离子源6、第一质量分析器7、双孔选束光阑8、聚焦透镜10、第二质量分析器11、束流传输元件12和靶13在同一条中心轴上，方便束流线的安装对中。使得经过分析后的离子束可在后端束流传输元件12的作用下，同轴传输到靶13上。 [0025] 实施例： [0026] 本实施例中离子源6采用冷阴极潘宁源6，质量分析器采用速度选择器，聚焦透镜10采用三圆筒静电单透镜10。进气系统1向冷阴极潘宁源6同时通入氢气和氦气两种高纯气体，冷阴极潘宁源6电离并引出这两种气体产生的H2+离子束和He+离子束以及其它不同质量的杂质离子。当混合离子束进入第一速度选择器7后，不同质量的离子束将被分成多个独立的离子束。调节第一速度选择器7使得H2+离子束和He+离子束在离开第一速度选择器7时与中轴线所成夹角为相同且两角关于中轴线对称。调节双孔选束光阑8的位置使H2+离子束和He+离子束可以通过双孔选束光阑8的孔洞，其中双孔选束光阑8的两个孔洞关于束流传输轴对称。H2+离子束和He+离子束穿过双孔选束光阑8后，经过三圆筒静电单透镜10的作用下会关于聚焦透镜对称平面左右对称，呈会聚射出进入第二速度选择器11。被分开的H2+离子束和He+离子束在第二速度选择器11的作用下，在出口处又重新合成一条束流，并同轴向后传输。其中第二速度选择器与第一速度选择器的电磁场大小相同，方向相反。H2+离子束和He+离子束混合束经过一台三圆筒单透镜和一台静电导向器后最终打到靶13上。本实施例中离子能量为10keV～50keV，连续可调。在运行过程中，可移动单孔选束光阑9挡住一条离子束使另一条离子束通过，以测量靶13上两种离子束的准确比例。该装置与透射电子显微镜联机，用于模拟反应堆材料中子辐照损伤的实时原位观测。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈