[实用新型]一种离子源气体纯化装置

说明书

本实用新型公开了一种离子源气体纯化装置，包括离子源、导管、降温装置，所述导管的一端与离子源连通，导管的另一端用于连接供气装置，所述导管穿过降温装置，所述降温装置能够对导管进行减温，并且能够将导管内气体的杂质分离纯化。利用气体的沸点，凝固点的差异，通过降温装置对离子源装置供气导管进行降温，降温装置能够使导管的一段处于低温状态，当气体经过低温管路时，气体中的杂质遇冷会液化甚至固化，固化和液化后的杂质会吸附在导管管壁上，不会再随气流流动，从而降低进入离子源气体的杂质含量，提高通入离子源气体的纯度，使得离子源的阴极损耗速率降低，进而让离子源的使用寿命增长。

技术领域

本实用新型涉及离子源技术领域，具体涉及一种离子源气体纯化装置。

背景技术

加速器中加速的带电离子是由离子源产生的，其中应用非常广泛的是气体电离离子源。通过对特定的气体，如氢气、氧气、氮气、氩气等进行电离，可以产生质子、负氢离子、氧离子、氩离子等。电离的方式有电场共振和电子轰击等方式。其中电子轰击采用的是阴极发射电子，阴极发射电子的方式有场致发射和热发射等。离子源的重要参数包括离子流的强度和使用寿命。其中离子流的强度与气体的温度相关。离子源的寿命由阴极的损耗速率决定，通常阴极的寿命由阴极材料的蒸发和离子溅射两个因素决定。阴极的溅射与杂质气体，特别是水蒸气的含量密切相关，杂质气体的存在会显著加快阴极损耗速率，降低离子源的寿命。

离子源的供气通常采用高纯或超纯气体，纯度可达99.9％，但仍然不可避免的含有水蒸气、二氧化碳等杂质，采用常规手段难以去除。这些杂质气体会显著降低离子源的寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有的离子源设备没有自带气体纯化装置，由于供给离子源的气体中含有杂质，由于气体中的杂质会加快离子源阴极损耗的速率，使得离子源的使用寿命寿命缩短。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种离子源气体纯化装置，包括离子源、导管、降温装置，所述导管的一端与离子源连通，导管的另一端用于连接供气装置，所述导管穿过降温装置，所述降温装置能够对导管进行减温，并且能够将导管内气体的杂质分离纯化。

现有技术中离子源设备没有自带气体纯化装置，导致供给离子源的气体中含有杂质，由于气体中的杂质会加快离子源阴极损耗的速率，使得离子源的使用寿命寿命缩短。本申请通过降温装置给离子源装置供气的导管进行降温，降温装置能够使导管的一段处于低温状态。当气体经过低温管路时，气体其中的杂质气体会被吸附在管壁上，从而降低进入离子源的气体的杂质含量。主要原理是利用气体的沸点，凝固点的差异，主要使用的气体如：氢气的沸点为-252.77℃，凝固点为-259.19℃。氧气的沸点为-183℃，凝固点为-218.4℃。氮气的沸点为-195.8℃，凝固点为-210.01℃。氩气的沸点为-185.7℃，凝固点189.2℃。主要杂质如水蒸汽沸点为99.975℃(常压下)凝固点0℃(常压下)，二氧化碳的沸点为-78.5℃凝固点为-56.6℃。由于杂质和要使用的气体沸点和凝固点相差比较大，通过降温将气体中的杂质液化甚至固化，固化和液化后的杂质能够吸附在导管管壁，实现对气体中的杂质分离，实现气体纯化的目的，提高通入离子源气体的纯度，提高离子源的使用寿命。由于气体中的杂质含量较少，降温装置持续降温纯化气体时杂质持续性的吸附在管壁上，由于杂质含量少固化集聚后不会对导管封堵。

进一步，所述降温装置包括低温容器，所述导管穿过低温容器，所述低温容器内设置有低温工质，所述低温工质能够对导管内气体进行减温，并且能够将导管内气体的杂质分离纯化。低温工质便于储存和更换，同时温度更容易控制。

进一步，所述低温工质为液氮。液氮为液态的氮气，在常压下，液氮温度为-196℃，在常压温度极低，能够快速的与导管进行热量交换。

优选的，所述低温工质为液氦。液氦为液态的氦气，液氦温度为-268.785℃，温度相比与液氮的温度更低，热交换的效率更快。