一种高磁场下微型潘宁离子源的引出结构的制作方法

本发明属于超导回旋加速器技术领域，具体涉及一种高磁场下微型潘宁离子源的引出结构。

背景技术：

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。

在超导回旋加速器中，离子源技术是一项关键技术(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)。离子源是束流的源头，决定着束流品质，也直接影响着超导回旋加速器的性能。

超导回旋加速器中的磁场强度约为2.3T，离子源的束流通过高频电压直接引出。在这种高磁场、强束流引出中，离子源的引出结构直接决定了束流品质。引出结构中的间距、张角大小、引出端的厚度、引出电极的形状等，都是对束流品质有着直接影响。需要通过研究这些因素，确定引出结构，提高离子源的引出束流品质，进而改善加速器的性能指标。由于本发明所涉及的超导回旋加速器所采用的微型潘宁离子源需要安装在就极其狭小的空间内，其尺寸非常紧凑，因此对其所采用的包括引出电极在内的引出结构提出了更高的设计要求。

技术实现要素：

针对微型潘宁离子源在超导回旋加速器中的高磁场强度以及引出电极的高频电压环境，需要设计一种具有较高引出流强的引出结构，以保证超导回旋加速器的微型潘宁离子源中的引出束流的品质。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种高磁场下微型潘宁离子源的引出结构，包括设置在潘宁离子源的阳极筒侧面上的阳极筒引出缝和靠近所述阳极筒引出缝设置的引出电极，所述引出电极上的引出电极缝口对应所述阳极筒引出缝，当所述引出电极上加载高频电压后能够通过所述电极缝口将所述阳极筒内的等离子体从所述阳极筒引出缝引出，其中，所述阳极筒引出缝设置在所述阳极筒的引出壁上，所述引出壁的厚度小于所述阳极筒的其他位置厚度；所述阳极筒引出缝长6mm-10mm，宽0.5mm，设有特定角度的张角；所述电极缝口长6mm-10mm，宽0.5mm；所述阳极筒引出缝、电极缝口的长度保持一致。

进一步，所述张角为30度-45度。

进一步，所述引出壁的厚度为0.12mm。

进一步，所述阳极筒引出缝与所述电极缝口相距1.5mm。

进一步，所述阳极筒采用钨铜合金制作。

进一步，所述引出电极采用无氧铜制作。

进一步，所述引出电极上加载的所述高频电压为14kV。

本发明的有益效果在于：该引出结构尽量减小了阳极筒的引出口的壁厚，增强了内腔壁电压，提高了引出流强，改善了引出束流品质。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述引出结构的侧视剖视图；

图2是本发明具体实施方式中所述引出结构的俯视剖视图；

图3是本发明具体实施方式中所述引出壁上的所述阳极筒引出缝的示意图；

图中：1-阳极筒，2-引出电极，3-阳极筒引出缝，4-引出电极缝口，5-引出壁，6-束流方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1、2所示，本发明提供的一种高磁场下微型潘宁离子源的引出结构，包括设置在潘宁离子源的阳极筒1侧面的引出壁5上的阳极筒引出缝4和靠近阳极筒引出缝4设置的引出电极2，引出电极2上的引出电极缝口3对应阳极筒引出缝4，阳极筒1为中空的圆筒型金属管。当阳极筒1内产生大量的等离子体，此时引出电极2上加载高频电压后能够通过电极缝口3将阳极筒1内的等离子体从阳极筒引出缝4引出，引出的离子被注入到加速器中进行加速。

根据研究标明，引出壁越薄，离子源引出内腔壁的电压就越高，引出束流的引出流强也就越高。因此本发明中，在不影响阳极筒1结构强度的前提下，应尽量减小引出壁5的厚度。

如图3所示(图中6为束流方向)，根据引出壁尽量薄的设计，引出壁5的厚度小于阳极筒1的其他位置厚度，最终确定：

引出壁5的厚度X2为0.12mm；阳极筒引出缝4长度为6mm-10mm，设有特定角度的张角α，其中张角α为30度-45度。阳极筒引出缝4的宽度X1为0.5mm；

引出电极2上的电极缝口3的长度为6mm-10mm，宽度为0.5mm。

其中，阳极筒引出缝4与电极缝口3的长度应在6mm-10mm范围内保持一致。

根据设计，如图1所示，阳极筒引出缝4与电极缝口3的距离X3为1.5mm。

其中，引出电极缝口3与阳极筒引出缝4处于一个平面内，也能够根据需要进行微调使两者间保持一定的偏差，此外，引出电极缝口3的形状可以如图1所示具有一定张角，也可以是平直的，以上这些变动都能够带来对引出束流的不同的引出效果。

本发明所提供的阳极筒1采用钨铜合金制作，引出电极2采用无氧铜制作。

引出电极2上加载的高频电压为14kV。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。