[发明专利]一种同位素电磁分离器

权利要求书

1.一种同位素电磁分离器，包括离子源、接收器系统、真空系统、检测系统、控制系统，其特征是：所述的离子源包括弧放电室(15)以及与所述弧放电室(15)后部直接密封连接的坩埚(8)，弧放电室(15)前部设有用于引出离子束的引出电极；所述的接收器系统设置在真空系统的真空室(94)内，包括通过绝缘子设置在框架(64)上的面板(52)，所述面板(52)上设有能够通过电磁分离后的同位素离子束的入射缝(65)，在所述框架(52)上还设有能够接收从所述入射缝(65)通过的离子束的接收口袋(50)，所述框架(64)设置在能够前后移动的接收器滑动轴(61)上，所述接收口袋(50)、面板(52)能够随所述接收器滑动轴(61)前后移动；所述的检测系统包括谱线扫描装置、束流发射度仪和张角测量仪；

所述离子源设置在所述真空室内的磁场中，所述磁场的磁力线方向与所述离子源中离子束引出方向垂直，还包括设置在所述坩埚(8)外围的坩埚加热炉筒(10)，设置在所述弧放电室(15)顶部的阴极(5)和灯丝(4)；

所述弧放电室(15)包括设置在所述弧放电室(15)后部、通过坩埚接口(23)与所述坩埚(8)连通的蒸汽分配室(7)，设置在所述坩埚接口(23)上的船形板(24)，还包括通过蒸汽分配板(30)与所述蒸汽分配室(7)相隔离的放电室(14)，所述放电室(14)顶端设置有电子窗(6)，还包括设置在所述弧放电室(15)外围的弧室加热器(32)，所述阴极(5)靠近所述电子窗(6)，所述电子窗(6)距离所述放电室(14)的边缘为0.5mm，所述阴极(5)包括直热式阴极和间热式阴极两种，所述直热式阴极寿命大于24小时；

所述引出电极为三电极结构，包含从所述放电室(14)向外依次设置的引出缝电极(3)、聚焦电极(2)、接地电极(1)；所述引出缝电极(3)处于正高压，设有第一引出缝(13)；所述聚焦电极(2)处于负高压，设有第二引出缝(12)；所述接地电极(1)处于零电位，设有第三引出缝(11)；

所述蒸汽分配板(30)通过设置在所述蒸汽分配室(7)与所述放电室(14)之间的分配板插槽(22)安装在所述弧放电室(15)内部；

所述引出缝电极(3)设置在引出缝面板(31)上，所述引出缝面板(31)通过设置在所述放电室(14)上的引出缝面板插槽(21)安装在所述放电室(14)上；

所述电子窗(6)通过所述放电室(14)顶端的电子窗插槽(20)设置在所述放电室(14)上；

所述引出缝电极(3)上的所述第一引出缝(13)为窄条状，纵向为曲面，曲率半径为2600mm，所述电子窗(6)的边沿到所述第一引出缝(13)的距离为0.5mm；

所述引出缝电极(3)、聚焦电极(2)、接地电极(1)的极间距离能够调整，所述聚焦电极(2)的聚焦电压能够调整；

在离子源的靠近所述引出电极的头部设有气化放电装置(36)，在离子源中部(34)设有防打火罩(33)，所述防打火罩(33)能够防止所述气化放电装置(36)产生的慢电子对所述离子源中的零部件的轰击；

在所述弧放电室(15)两侧安装PIG板(35)，所述PIG板(35)能够改变所述弧放电室(15)中的电场分布，减少所述弧放电室(15)周围的电子震荡放电；所述PIG板(35)为不锈钢材质；

所述离子源设置在同位素电磁分离器的真空室内；

所述坩埚(8)与所述坩埚加热炉筒(10)之间采用陶瓷套筒(38)作为绝缘支撑；

所述聚焦电极(2)所处的负高压部分采用引入绝缘和支撑绝缘，所述引入绝缘的引入绝缘子(131)一半在所述弧放电室(15)的真空中，另一半在所述弧放电室(15)外的大气中；所述支撑绝缘用于所述聚焦电极(2)的绝缘支撑，采用多波纹支撑绝缘子(132)；

所述引入绝缘子(131)、多波纹支撑绝缘子(132)采用Al₂O₃材质；

所述弧放电室(15)、坩埚(8)、坩埚加热炉筒(10)、弧室加热器(32)采用高纯石墨或不锈钢制作；

所述聚焦电极(2)包括支撑板(42)和设置在所述支撑板(42)上的缝口面板(43)，设置在所述缝口面板(43)上的用于引出离子束的第二引出缝(12)，所述缝口面板(43)采用高纯石墨制作；

所述缝口面板(43)上的所述第二引出缝(12)向靠近所述引出缝电极(3)一侧凹陷；

所述支撑板(42)与所述缝口面板(43)连接的部分为凹陷结构(48)，所述凹陷结构(48)向靠近所述引出缝电极(3)一侧凹陷；

所述支撑板(42)在所述缝口面板(43)周围的部分为镂空结构(44)了；所述支撑板(42)采用不锈钢制作并设有若干透气孔(45)；

所述接收器系统包括设置在所述同位素电磁分离器的真空室的真空环境中的接收器和接收口袋；所述接收器包括通过绝缘子设置在框架(64)上的面板(52)，所述面板(52)上设有入射缝(65)，所述入射缝(65)能够通过电磁分离后的同位素离子束；还包括设置在所述框架(64)上的接收口袋(50)，所述接收口袋(50)能够接收从所述入射缝(65)通过的所述离子束；所述框架(64)设置在能够前后移动的接收器滑动轴(61)上，所述接收口袋(50)、面板(52)能够随所述接收器滑动轴(61)前后移动；

所述入射缝(65)不止一个；根据分离后的所述同位素的离子束的色散和聚焦情况，每个所述入射缝(65)的缝宽各不相同；每个所述入射缝(65)对应一个与所述入射缝(65)的缝宽相匹配的特定厚度的所述接收口袋(50)；相对应的所述入射缝(65)和所述接收口袋(50)能够使得从所述入射缝(65)通过的所述离子束全部进入所述接收口袋(50)中，所述接收口袋(50)能够降低所述离子束的溅射作用，所述接收口袋(50)具有弯曲弧度，所述弯曲弧度的曲率半径为980mm；

所述接收器滑动轴(61)的滑动控制采用不破坏所述真空环境的远程控制方式，所述框架(64)、接收器滑动轴(61)采用不锈钢制作；

所述接收口袋(50)设有用于降温的冷却水管(51)，通过水冷降温降低所述离子束的溅射作用；

所述面板(52)采用高纯石墨制作，所述接收口袋(50)采用紫铜制作，所述接收口袋(50)能够耐受最大功率为2kW的离子束；

还设置有水分配柱(58)和与所述水分配柱(58)相连的多个水冷接头(62)，所述水冷接头(62)之间并联，所述水冷接头(62)用于同所述接收口袋(50)上的所述冷却水管(51)相连，为所述接收口袋(50)提供冷却用水；

所述水分配柱(58)采用绝缘的聚四氟乙烯制作，所述冷却水管(51)采用恒温水冷却；

所述水分配柱(58)、水冷接头(62)、冷却水管(51)能够耐0.6MPa水压；

还包括通过所述绝缘子设置在所述框架(64)上的能够开启闭合的挡门(63)，闭合时能够将所述面板(52)上的所述入射缝(65)挡住，开启时能够允许所述离子束通过所述入射缝(65)；

所述面板(52)由高纯石墨制成的，所述挡门(63)采用不破坏所述真空环境的远程控制方式开启闭合；

所述接收器上设有水冷接头(62)，所述通过电磁分离后的同位素为铷同位素，所述铷同位素包括⁸⁵Rb和⁸⁷Rb，所述接收口袋(50)的袋体采用3mm厚的紫铜材料制作，包括位于所述接收口袋(50)一侧的第一盒板(67)，位于所述接收口袋(50)另一侧的第二盒板(68)，所述接收口袋(50)能在收集所述离子束的同时检测所述离子束的束流流强；所述接收口袋(50)的外围设有能够耐0.6MPa水压的冷却水管(51)，所述冷却水管(51)通过水管接头(76)和螺母(73)与所述水冷接头(62)相连；

还包括设置在所述接收口袋(50)外围的上固定板(69)、下固定板(72)、接线柱(70)，所述上固定板(69)、下固定板(72)用于将所述接收口袋固定在所述接收器上，所述接线柱(70)用于将所述离子束的束流强度输出为第一电流信号，所述第一电流信号用于检测所述离子束的束流流强；

还包括设置在所述下固定板(72)上的用于所述接收口袋(50)、下固定板(72)之间绝缘的陶瓷环(74)、陶瓷圈(75)；

所述接收口袋(50)的高度为250mm，内部深度为100mm，能够接收最大离子流为≤50mA，能够耐受最大功率为2kW的离子束的轰击，真空度能够达到1～3×10^-3Pa；

用于接收所述⁸⁵Rb的接收口袋的厚度为25mm，用于接收所述⁸⁷Rb的接收口袋的厚度为20mm。