[发明专利]一种ECR离子源感应炉

说明书

本发明涉及一种ECR离子源感应炉，包括：感应坩埚，感应坩埚呈两端开口的圆筒状且为卧式放置；内屏蔽筒，套设在感应坩埚外部，用于对感应坩埚进行保温；外屏蔽单元，套设在内屏蔽筒外部且与内屏蔽筒之间存在环形夹层；感应线圈，缠绕在内屏蔽筒外周且与内屏蔽筒之间为滑动配合，用于产生交变磁场以对感应坩埚进行加热；紧固单元，设置在感应坩埚、内屏蔽筒和外屏蔽单元的两端，以将感应坩埚、内屏蔽筒和外屏蔽单元连接在一起并将三者的内部空间封闭，同时在紧固单元上开设有连通感应坩埚内腔和ECR等离子体的蒸气出口。本发明可以将充足的难熔金属蒸气馈入到ECR等离子体中，进而产生相应的强流高电荷态难熔金属离子束。

技术领域

本发明涉及一种感应炉，具体是关于一种ECR(Electron Cyclotron Resonance，电子回旋共振)离子源感应炉。

背景技术

ECR离子源具有束流强度高、电荷态高、几乎无寿命问题等优点，已逐渐成为重离子加速器初始注入器的首选。ECR离子源所提供的重离子束从中低电荷态到高电荷态，束流强度从微安到毫安不等。目前，ECR离子源所提供的气态离子束已满足大部分重离子加速器的需求，但其提供的金属离子束尚远不能满足需求。

感应加热是一种典型的加热技术，已经广泛的应用在金属熔炼、热处理、焊接和镀膜等工业领域，它可依靠交变磁场产生的涡流效应加热坩埚。目前，国际上部分实验室已开始尝试ECR离子源高温感应炉的研制，但仍然存在诸多问题：1)感应功率被大量损失在感应坩埚之外的地方，比如金属外屏蔽层、传输线等；2)感应坩埚与难熔陶瓷直接接触，在极高温下(大于1600℃)坩埚与陶瓷层发生反应，从而导致感应炉性能急速下降；3)感应炉的紧固结构复杂，加工成品率低，价格昂贵，安装十分不便；

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种ECR离子源感应炉，该感应炉可以将充足的难熔金属蒸气馈入到ECR等离子体中，进而产生相应的强流高电荷态难熔金属离子束。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种ECR离子源感应炉，其特征在于，包括：感应坩埚，所述感应坩埚呈两端开口的圆筒状且为卧式放置；内屏蔽筒，套设在所述感应坩埚外部，用于对所述感应坩埚进行保温；外屏蔽单元，套设在所述内屏蔽筒外部且与所述内屏蔽筒之间存在环形夹层；感应线圈，缠绕在所述内屏蔽筒外周且与所述内屏蔽筒之间为滑动配合，用于产生交变磁场以对所述感应坩埚进行加热；紧固单元，设置在所述感应坩埚、内屏蔽筒和外屏蔽单元的两端，以将所述感应坩埚、内屏蔽筒和外屏蔽单元连接在一起并将三者的内部空间封闭，同时在所述紧固单元上开设有连通所述感应坩埚内腔和ECR等离子体的蒸气出口。

所述的ECR离子源感应炉，优选的，该ECR离子源感应炉还包括设置在所述感应坩埚内部的蒸发舟，并且在所述蒸发舟表面进行耐高温陶瓷喷涂。

所述的ECR离子源感应炉，优选的，所述外屏蔽单元包括套设在所述感应线圈外周的第一外屏蔽筒和紧固套设在所述第一外屏蔽筒外部的第二外屏蔽筒。

所述的ECR离子源感应炉，优选的，所述紧固单元包括分别连接在所述感应坩埚、内屏蔽筒和外屏蔽单元前后两端的前端板和后端板，所述前端板和后端板分别通过卡套与所述第二外屏蔽筒连接，且所述卡套与所述第二外屏蔽筒在室温下保持滑动配合，同时所述卡套选择热膨胀系数略小于第二外屏蔽筒的材料；在所述前端板的中部设置有与所述感应坩埚相连通的热电偶安装孔，所述蒸气出口则设置在所述后端板的中部。

所述的ECR离子源感应炉，优选的，在所述感应坩埚的两端设置有三棱凸台，以使所述内屏蔽筒与所述感应坩埚之间存在一隔热夹层。

所述的ECR离子源感应炉，优选的，所述感应坩埚两端的三棱凸台有以下三种设计方式：第一种方式是直接将所述感应坩埚的两端加工成三棱凸台形状，第二种方式是在所述感应坩埚的两端增加带三棱凸台的圆环，第三种方式是在所述感应坩埚与所述内屏蔽筒之间塞入相应厚度的金属方块形成三棱凸台。