[发明专利]一种电子回旋共振离子源

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子源，尤其是一种能直接观察离子源内放电过程的新型结构全永磁强流电子回旋共振(ECR)离子源。

背景技术

频率为2.45GHz的电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance，ECR)离子源具有产生离子种类多(H⁺/D⁺/O⁺/He⁺/N⁺)、束流强度大、稳定性好、重复性高、工作寿命长、维护简单等特点，成为国际上产生单电荷态强流离子束的首选。该类离子源系统由微波系统、放电室、磁体和引出系统等几部分构成。它的工作原理是，当在放电室内绕磁力线作回旋运动电子的回旋频率与馈入放电室的微波频率相等时，电子与微波场发生共振现象并从微波场中吸收能量，高能电子与工作气体非弹性碰撞致使气体电离产生低温高密度等离子体，等离子体中的离子被引出系统引出成束后供加速器等设备使用。

到目前为止，国际上所有的2.45GHz的ECR离子源的结构基本相同：放电室都是采用铜、铝、不锈钢等金属材料来制成的[1]。无论是采用电磁还是永磁来提供共振磁场，所有此类离子源的磁体都被做成一个圆筒结构，套装在放电室外面[1][2]。这样设计的直接结果是，整个等离子体区域被磁体和金属放电室层层包裹着，放电室内发生的现象不能被直接观察到的。目前，有关ECR离子源放电室内发生过程的研究数据是间接得到的，通常有两种手段。一是从引出束流的大小来反推；二是将朗缪尔探针或光纤插入放电室内来获取放电室内信息。采用引出束流反推法来获得放电室内等离子体特征是很不精确的，因为引出束流的大小不仅与等离子体的密度、温度等参数有关，而且严重地受制于引出系统的结构。将探针或光纤引入在放电室可以获得部分的等离子体信息，但是探头的介入给等离子体带来了扰动，破坏了放电室内原有的平衡，因此数据是不准确的。制造出一个可直接观察其中电离过程、并能无干扰地开展低温高密度等离子体研究的2.45GHz的ECR离子源，是一件非常迫切且很有意义的事。

参考文献：

[1]R.Gobin，_V.Blideanu，D.Bogard，et al.，General design of the International FusionMaterials Irradiation Facility deuteron injector：Source and beam line.REVIEW OFSCIENTIFIC INSTRUMENTS 81，02B301_2010

[2]R.Gobin，G.Charruau，O.Delferrière，et al.，Development of a permanent magnet lightionsource at CEA/Saclay.REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 77，03B502_2006

发明内容

本发明的目的是研制一种既可以产生强流离子束，又可以直接从外面观察气体放电过程、具有无干扰开展等离子体诊断能力的强流2.45GHz的ECR离子源。

本发明的原理是采用了透光性高的石英玻璃来做放电室；石英玻璃造成的微波泄露可通过石英玻璃外部的带有窗口的特殊结构金属壳体来屏蔽；电子回旋需要的磁场用多个分离的永磁环来产生，环与环之间有两个宽度10毫米左右的空隙。这样，穿过屏蔽壳体的窗口、永磁环间空隙、透光的石英玻璃，可以从多个角度、多个位置无干扰地实时观察放电室内所发生的所有过程和等离子体的各种形态，可以无干扰地开展等离子体光谱学诊断研究工作。

本发明提供的技术方案如下(参图1)：

方案1：一种电子回旋共振离子源，包括微波系统1、冷却水2、微波窗3、放电室4、引出系统5、进气管6、磁体，其特征在于，所述放电室4为透明的石英玻璃制成，放电室4被固定在微波屏蔽壳体8内，所述壳体8上开有多个观察窗9。所述壳体8用于屏蔽石英玻璃造成的微波泄漏。

方案2：作为方案1的一种优选实现，其特征在于，所述磁体由多个分离的永磁环7组成。

方案3：作为方案2的一种优选实现，其特征在于，所述永磁环7之间有2个宽度约为10毫米的空隙。通过壳体8上的观察窗9、永磁环7之间的空隙以及透明的石英玻璃，可以从多个角度、多个位置无干扰地实时观察放电室内所发生的全部过程和等离子体的各种形态，可以无干扰地开展等离子体光谱学诊断研究工作。