[发明专利]一种可实现电子束碰撞电离和表面电离的离子源结构

说明书

本发明公开了可实现电子束碰撞电离和表面电离的离子源结构，属于加速器技术领域，其包括有靶、阴极、阳极、放电室、励磁线圈以及引出电极，其中所述靶、阴极、阳极和引出电极依次水平放置，所述放电室设置在所述阴极和阳极之间，所述励磁线圈布置在所述放电室外围，所述靶、阴极和阳极处于高温工作环境中；该离子源采用一台离子源可实现电子束碰撞电离和表面电离两种电离模式的切换，从而保证离子源对多种核素均具有较高的电离效率，该离子源的效果非常的明显，即减少了离子源研发的费用和放射性废物的产生，又可大幅度的减少离子源的更换频次，提高加速器的运行效率，一台离子源实现了两台离子源的功能。

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，具体涉及一种可实现电子束碰撞电离和表面电离的离子源结构。

背景技术

加速器通常由离子源、真空系统、束流传输元件、加速段、供电系统以及靶等部分组成。其中，离子源是加速器的源头，它可以实现将原子或者分子粒子电离并加速、引出形成离子束，供加速器后加速并在束流传输元件的控制下，传输到靶上，供物理实验。离子源就电离方式而言，可以分为回旋共振(ECR)离子源、潘宁离子源、电子束碰撞离子源、表面电离离子源，激光电离离子源等。对于放射性核束装置，通常采用高能离子束打靶发生核反应，产生各种放射性核素。核反应产生的粒子非常有限，因此，需要离子源具有较高的电离效率。为此，国际上同类装置通常需要研制多种类型离子源以满足对不同核素高效电离的要求，对于不同的核素，通常需要更换不同的离子源。然而，对于这类装置，离子源会受到很强γ射线和中子辐照，对离子源的材料要求非常苛刻，研制不同的离子源技术难度很大。同时，由于靶及离子源结构材料的活化，实验后，通常离子源会有很强的放射性，人无法靠近离子源，只能通过吊车或者机器人远程操作，因此，离子源更换非常困难。为了减少离子源更换频率，同时适应多种核素的高效率电离，因此对于如何寻找到一种结构简单、稳定可靠且可同时实现表面电离和电子束电离两种电离模式的离子源结构就显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、稳定可靠且可实现表面电离和电子束电离两种电离模式的离子源结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可实现电子束碰撞电离和表面电离的离子源结构，包括有靶、阴极、阳极、放电室、励磁线圈以及引出电极，其中所述靶、阴极、阳极和引出电极依次水平放置，所述放电室设置在所述阴极和阳极之间，所述励磁线圈布置在所述放电室外围，所述靶、阴极和阳极处于高温工作环境中。

进一步，所述引出电极由中间电极和地电极构成。

进一步，所述阴极为采用Ta或W等耐高温材料制作而成。

进一步，所述阳极为采用Ta或Re或Ir等耐高温材料制作而成。

进一步，所述励磁线圈其所生产磁场强度可调。

与现有技术相比，本方案具有以下优点：该离子源采用一台离子源可实现电子束碰撞电离和表面电离两种电离模式的切换，从而保证离子源对多种核素均具有较高的电离效率。该离子源引出电压15kV，引出束流可达数十微安。初步测试结果显示，该离子源对Xe的电离效率可达25％，表面电离产生的钾离子是电子束碰撞电离产生钾离子的10倍。此离子源的阴极和阳极均采用Ta材料，如果换为功函数更高的Ir或者Re，表面电离的电离效率还可以大幅度的提高。因此，该离子源的效果非常的明显，既减少了离子源研发的费用和放射性废物的产生，又可大幅度的减少离子源的更换频次，提高加速器的运行效率，一台离子源实现了两台离子源的功能。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的工作原理结构示意图。

图中的附图标记说明：

1-阴极，2-阳极，3-励磁线圈，4-中间电极，5-地电极，6-电子束，7-放电室，8-离子束。