[发明专利]真空质子辐照试验的高均匀性大束斑面离子源装置

说明书

本发明公开了真空质子辐照试验的高均匀性大束斑面离子源装置，包括气源，所述气源的输出端连接有电离室，所述电离室连接有引出面，所述引出面连接有加速电极，所述加速电极连接有靶台，所述靶台连接有计算机，所述计算机连接有高压电源，所述高压电源连接有电子源，所述高压电源还与电离室、引出面、加速电极连接。本发明中，使用多圈多圆弧形热阴极，各个圆弧的温度可分别控制，具有与热阴极交错布置的多层同心圆筒形电极，将引出电极延伸至电离室内部，因而离子束流的均匀性更好；热阴极的圈数、圆筒形电极的层数以及引出电极的面积等可增减，可实现大束斑面积的离子束流，具有离子通量自动调节功能，因而靶台位置的束流通量稳定性更好。

技术领域

本发明涉及航天器热控涂层真空-质子辐照环境试验技术领域，尤其涉及真空质子辐照试验的高均匀性大束斑面离子源装置。

背景技术

航天器热控涂层真空-质子辐照环境试验的目的是测试航天器热控涂层对空间真空-质子辐照环境的适应性。试验将航天器热控涂层置于地面质子辐照试验设备中，根据等效模拟原理，用模拟的质子辐射对热控涂层辐照，并进行太阳吸收比的原位测试。其中，模拟的质子辐射由离子源装置产生。与普遍使用的离子源相比，用于真空-质子辐照试验的离子源装置在束斑面积、束流均匀性和通量稳定性等三个方面有独特要求。在试验中，同一批次样品同时在束斑面积之内被质子束流照射。束斑面积越大，同批次试验测试的样品数量就越多，进而可以提高试验测试的效率，降低样品的平均试验成本。质子束斑的均匀性和通量的稳定性，分别决定了一批样品在试验过程中受到质子辐照注量的空间和时间一致性。提高束流均匀性和通量稳定性指标，可以减少同批试验样品所受辐照注量与试验要求之间的偏差，从而提高试验质量。

目前，产生大面积、均匀束斑的离子源装置主要分为两种类型。第一种类型，使用气体放电产生较大面积或体积的等离子体，并使用大面积的栅网电极或电极阵列引出，使均匀性达到一定的要求，由于这类装置产生大面积等离子体的原理是增大电离室的截面积和增加离子束源的数量，因此产生的等离子体/离子束通量往往较大，与真空-质子辐照环境试验对通量的要求并不符合，第二种类型，采用聚焦或者线形等离子体源，通过离子束电扫描或者靶台机械扫描的方式，使束流入射位置在辐照区域内快速移动，被辐照的区域内的束流在时间平均意义上可以达到均匀。这种情况下，对于被试样品上的一个固定位置而言，其所受的质子辐照强度是随着时间变化的，即束流通量在时间维度上存在波动，由于剂量率效应，质子辐照效应与辐照强度一般不是比例关系，用这种在时间平均意义上的空间均匀束流获得的试验结果，与真实的时空均匀束流的结果并不相同，进而可导致真空-质子辐照环境试验结论出现偏差，影响试验质量。现有用于航天器热控涂层真空-质子辐照环境试验的离子源装置还存在诸多局限，因此，需要设计一种新的产生高均匀性、大束斑面积、通量稳定的离子束流的离子源装置。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的真空质子辐照试验的高均匀性大束斑面离子源装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

真空质子辐照试验的高均匀性大束斑面离子源装置，包括气源，所述气源的输出端连接有电离室，所述电离室连接有引出面，所述引出面连接有加速电极，所述加速电极连接有靶台，所述靶台连接有计算机，所述计算机连接有高压电源，所述高压电源连接有电子源，所述高压电源还与电离室、引出面、加速电极连接，所述电子源与电离室连接。

优选地，所述气源以恒定的流量向电离室中通入氢气，通入的氢气在电离室中保持0.01Pa的气压。

优选地，所述电子源包括热阴极一、热阴极二、热阴极三，所述热阴极一、热阴极二、热阴极三呈多圈分布，每圈为多个圆弧结构，热阴极的每段圆弧由高压电源独立供电，可以分别控制温度，所述电子源产生电子束流，电子束流被电极引入电离室中。

优选地，所述电离室内还设置有筒形电极一、筒形电极二、筒形电极三、筒形电极四，所述筒形电极一、筒形电极二、筒形电极三、筒形电极四在轴向上位于热阴极一、热阴极二、热阴极三的后方，在径向上与热阴极交错布置。