专利名称：一种提高离子源束流强度的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高离子源束流强度的方法。
高电荷态ECR(电子回旋共振)离子源的工作原理是微波从注入端进入离子源的腔体中，该腔体是真空系统的一部分；工作气体进入后，微波将其游离成等离子体；由于微波和磁场的相互作用，使在磁场的特定地方产生电子回旋共振，从而可将等离子体中电子加速到很高能量，然后通过逐级游离使等离子体中的离子加速至高电荷态。另由离子源的线包形成的轴向磁镜场和六级永磁体形成的六极永磁场迭加形成磁约束，该合成的磁场强度在腔体中央有最小值，在该最小强度磁场的附近，等离子体自动保持最高的密度。等离子体中的离子最终从离子源的等离子体电极的引出孔被引出。由于离子源具有可长期稳定工作、无使用寿命限制，且是目前可提供最强高电荷态离子流的工具，因而被应用于重离子加速器，且在其他类型的加速器上应用也呈增长趋势。这主要是由于随着被加速离子电荷态的提高，离子最终被加速的能量可以成平方地增加(离子能量W-Z2，其中W是离子被加速能量，Z是离子的电荷态数)；因而对于如被加速离子能量相同时，用带Z个电荷的离子被加速时(如用直线加速器加速)，可使直线加速器加速电压降低Z倍，因而可明显降低加速器运行成本。因而目前除加速器用外，现在新兴的高离化态原子分子物理实验条件也只有ECR离子源才能提供。另在工农业等领域需要ECR源的趋势也日渐兴起，特别是在国际上，这种源已用于材料表面改性，半导体掺渣等应用领域。但现有的ECR源的制造成本高，且运行成本也高，其引出束流强度低。目前国际上已采用提高微波频率、增加磁镜场和六极永磁强度来提高束流强度，或采用在等离子体腔内壁镀上铝膜后，用来提高离子束流；上述措施均无法降低制造成本和运行费用。
本发明的目的是为了提供一种可使离子源的高电荷态的离子束流强度增加一倍左右，最佳微波功率也可降低10倍左右，并可改善束流品质、提高加速器的束流传输效率、降低设备成本和运行费用的提高离子源束流强度的方法。
本发明的目的可通过如下措施来实现一种提高离子源束流强度的方法是将离子源的等离子体电极再往等离子体腔体内伸入，使等离子体电极的端面至靠离子源引出端的等离子体腔端面的距离为50-55毫米；另在等离子体腔内壁设有内壁镀金属材料的薄锆筒。
所述的离子源的等离子体电极可为铝材；薄锆筒的内壁可镀铝。
本发明相比现有技术具有如下优点1、本发明是将传统方法中的等离子体电极的位置更往离子源腔体内伸入8-13毫米，从而可使电极更接近腔体内的最小强度的磁场处，而Bmln磁场附近离子密度较高，因而电极从该处引出的离子束流较多。
2、本发明的方法由于等离子体电极更伸入等离子体腔内，使得对应的最佳微波功率由传统方法的500W下降至50W左右，离子源的工作进气量也下降；从而使得与其他方法获得的同样束流强度的微波机相比，本发明的方法可使微波机的造价降至为原来的一半以下，并可省去注入端小泵。
3、本发明的方法还在离子源腔体内插入一内壁镀铝的薄锆筒，由于锆筒的隔热作用，在等离子体轰击下，使氧体铝膜处于相对较高的工作温度，因而可产生电子的热发射，发射的低能电子可用于弥补由于电极移往腔体内而给腔体引出端的等离子体带来的额外损失，从而可进一步提高束流强度，相比直接在腔体内壁镀铝的方法，其束流强度可提高20％左右。
4、本发明通过采用电极移入8-13毫米和在腔体内插入镀铝的薄锆筒及使用等离子体铝电极，从而可使束流强度相比传统方法提高近一倍左右，如从加速器的第二法拉第筒测出的Ar9+从传统的50eμA可提高至110eμA、Kr13+从30eμA提高至60eμA、S9+从45eμA提高至95eμA。
5、本发明可使用较低微波功率，从而可使等离子体内离子温度比较低，离子源的固有发射度也相应减少，因而使得离子源的运行水平提高，这不仅增加了离子流强，而且改善了束流品质，提高了加速器的束流传输效率。
6、本发明可降低离子源的制造成本和运行费用，并适于ECR源产生任何种类的高电荷态离子。
本发明的具体结构由以下附图给出
图1是本发明的离子源结构示意图1—线包 2—引出端绝缘罩 3—冷却水进出口 4—注入端绝缘罩5—锥形环 6—同轴内管 7—波导 8—微波窗 9—工作进气入口10—分子泵 11—石英管 12—等离子体腔 13—薄锆筒 14—ECR面15—等离子体电极 16—吸极 17—六极永磁体本发明还将结合附图1实施例作进一步详述参照图1，一种提高离子源束流强度的方法，是将离子源(18)的等离子体电极(15)再往等离子体腔(12)体内伸入，使等离子体电极(15)的端面至靠离子源引出端的等离子体腔(12)端面的距离为50-55毫米，等离子体电极(15)可为铝材；另在等离子体腔(12)内壁设有内壁镀铝的薄锆筒(13)。
权利要求
1.一种提高离子源束流强度的方法，其特征是将离子源(18)的等离子体电极(15)再往等离子体腔(12)体内伸入，使等离子体电极(15)的端面至靠离子源引出端的等离子体腔(12)端面的距离为50-55毫米；另在等离子体腔(12)内壁设有内壁镀金属材料的薄锆筒(13)。
2.如权利要求1所述的一种提高离子源束流强度的方法，其特征是离子源(18)的等离子体电极(15)可为铝材。
3.如权利要求1所述的一种提高离子源束流强度的方法，其特征是薄锆筒(13)的内壁可镀铝。
全文摘要
本发明涉及一种提高离子源束流强度的方法是将离子源的等离子体电极再往等离子体腔体内伸入,使等离子体电极的端面至靠离子源引出端的等离子体腔端面的距离为50—55毫米;另在等离子体腔内壁设有内壁镀金属材料的薄锆筒;该方法可使离子源的高电荷态的离子束流强度增加一倍左右,最佳微波功率也可降低10倍左右,并可改善束流品质、提高加速器的束流传输效率、降低设备成本和运行费用。
文档编号H05H3/02GK1177271SQ9611156
公开日1998年3月25日 申请日期1996年9月16日 优先权日1996年9月16日
发明者刘占稳, 张汶, 张雪珍, 郭晓虹, 周嗣信, 魏宝文, 赵红卫, 袁平, 吴德忠, 王书昌, 王云海, 王义芳, 叶峰 申请人:中国科学院近代物理研究所