[实用新型]一种三单元磁四极透镜系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及高能离子束磁透镜聚焦装置，尤其涉及一种三单元磁四极透镜系统。

背景技术

在加速器的束流输运系统中，四极透镜是一种最常用的聚焦元件。特别是磁四极透镜，其特点是能产生恒定梯度的磁场，离开中心点越远，聚焦力越强。由于其拥有较强的聚焦能力，非常适合于对兆伏级加速器产生的高能离子束进行聚焦，所以磁四极透镜几乎成了束流输运系统中的通用器件。

在设计制造磁四极透镜时，为了使产生的四极场中的磁等位面尽可能接近于正交双曲面，一般要求聚焦磁极面的形状必须为双曲线柱面状。

由于过去机械加工双曲线柱面状磁极难度比较大，所以现有加速器束流输运系统中所用的磁四极透镜，几乎无一例外的选取聚焦磁极面的形状为圆柱面的一部分。由于磁四极透镜聚焦磁极面为圆柱面的一部分，所以其产生的聚焦磁场通常会发生一定程度的畸变，使聚焦磁等位面偏离双曲线状。这种导致四极聚焦磁场发生畸变的结果为：在实际使用中，现在通用的磁四极透镜组系统对离子束的聚焦效果常常不能令人满意，离子束聚焦束斑时常不能调控到所需的形状，有时甚至出现不规则的形状。

另外四极透镜单元的结构为具有中心通孔的密封结构，其中心通孔用作束流输运管道通过透镜单元的穿行孔，由于束流输运管道的外径的大小与透镜单元中心孔的直径大小相当，以保证束流输运管道可以穿过透镜单元的中心孔，但管道两端的法兰均远大于透镜单元的中心孔。如果将穿过透镜中心的束流输运管道加工为一个整体，那么该束流输运管道将无法放入透镜单元组，所以，为安装及拆卸方便，一般将该输运管道加工为两体结构。现有技术中穿过四极透镜组中心的两体束流输运管道间的密封轴密封结构，其密封效果常常难以满足束流输运系统对高真空度或超高真空度的需求。

实用新型内容

针对现有技术中通用的二单元磁四极透镜组存在的对离子束聚焦效果不佳以及穿过透镜组中心的束流输运管道两体轴密封结构对束流输运系统真空度造成的影响，本实用新型提出一种三单元磁四极透镜组和穿过透镜中心的束流输运管道两体端密封结构，从而实现对高能离子束良好的聚焦和满足束流输运系统对高真空度和超高真空度的要求。

本实用新型的目的在于提供一种三单元磁四极透镜系统。

本实用新型的三单元磁四极透镜系统包括：由三个透镜单元组成的三单元磁四极透镜组，以及穿过透镜组中心的束流输运管道；三单元磁四极透镜组中的每一个透镜单元由磁轭和四个对称的磁极构成，每一个磁极的磁极面形状为双曲线柱面状，每一个磁极上缠绕有用以产生聚焦磁场的励磁线圈，四个磁极的双曲线柱面状磁极面的顶部构成的圆周称之为透镜单元的中心通孔，其直径为D；束流输运管道采用端密封结构，包括透镜管道主体、挡圈法兰、挡圈、O型密封圈和活法兰；其中，透镜管道主体端口处的外侧面设置凹槽；挡圈法兰将两个半环形的挡圈限定在凹槽里；在活法兰上设置O型密封圈的密封槽,透镜管道主体的顶端与活法兰之间设置O型密封圈；挡圈法兰中设置有多个通孔，与挡圈法兰中的多个通孔相对应，活法兰上设置有多个半透内螺纹孔；挡圈法兰的通孔与对应的活法兰上的半透内螺纹孔同轴，通过螺钉将两者锁定，从而使透镜管道主体与活法兰紧密连接成为一体，透镜管道主体的顶端面紧压设置在活法兰的密封槽中的O型密封圈形成端密封。

透镜管道主体采用无磁不锈钢材料，如304号、310号或316号不锈钢任一种皆可；挡圈、挡圈法兰以及活法兰均采用和透镜管道主体相同的材料；O型密封圈采用氟橡胶密封圈，或者采用铝等软金属密封圈。