[发明专利]高电荷态离子的实验装置

摘要

本发明属于物理实验技术领域，具体为一种高电荷态离子实验装置。该实验装置包括：高压平台、隔离变压器、屏蔽室、高电荷态离子源、真空系统、分子泵机组，以及配套的电源、水冷、微波及控制系统，单透镜，组合光阑，电磁铁，平板静电偏转器，两道狭缝，实验靶室；其中，屏蔽室安装于高压平台外围；高电荷态离子源、真空系统及配套的电源、水冷、微波及控制系统安装在高压平台上；在高压平台上设计有一个单透镜和一套组合光阑，即离子由离子源中引出以后，首先由单透镜进行聚焦，然后在进入加速管之前通过一个组合光阑进行限束。本装置可为研究离子与原子、分子和材料表面相互作用过程而提供优质的具有一定能量的稳定的高电荷态离子束。

主权项

1.一种高电荷态离子实验装置，其特征在于，包括：高压平台、隔离变压器、屏蔽室、高电荷态离子源、真空系统、分子泵机组，以及配套的电源、水冷、微波及控制系统，单透镜，组合光阑，电磁铁，平板静电偏转器，两道狭缝，实验靶室；其中：所述高压平台包括：一方形平板，用于支撑方形平板的四根高压陶瓷支柱，以及位于方形平板边缘上方的方形围栏；所述隔离变压器用于对高压平台供电；所述真空系统及分子泵机组，用于产生整个装置工作的高真空条件；所述屏蔽室安装于高压平台外围；所述高电荷态离子源、真空系统及配套的电源、水冷、微波及控制系统安装在高压平台上；在高压平台上设计有一个单透镜和一套组合光阑，即离子由离子源中引出以后，首先由单透镜进行聚焦，然后在进入加速管之前通过一个组合光阑进行限束；离子源及其配套系统和离子源出口真空泵机组等放置在125千伏高压平台上，采用等梯度加速管连接高压平台上设备和地电位束流管道；所述电磁铁，采用二级电磁铁，用以产生磁场，使离子束在磁场中发生偏转，通过改变磁体的电流，选择合适的磁场，使目标离子发生90度偏转，而其他质荷比的离子的偏转角度大于或者小于90度；使目标离子经过一个小孔进入与离子源垂直的束流传输管道中；离子束经磁体偏转后经过前后两道狭缝的准直和限束后，被引入实验靶室；所述平板静电偏转器，设置在两道狭缝之间，用于实现束流在XY方向的小角度偏转；两个偏转器前后分布，最大偏转角度1度设计，偏转离子的最大能量按100qkeV设计；平板静电偏转器有如下公式：；式中W为粒子动能，U为加速电压，Umax=10⁵V；两组极板相互垂直；所述单透镜采用三圆筒减速单电位透镜，使用时两侧电极筒接地，中间电极处于正高电位，在相邻的圆筒间隙产生旋转对称的电场，对离子产生聚焦作用；因进入单透镜的离子束直径较大，采用描轨迹的方式研究离子束的聚焦性能；通过调整中间电极的电压，调节离子束焦点位置；三圆筒单透镜的中间电极最高电压按+15kV设计，绝缘件选择可加工陶瓷，真空内爬电距离按照1.3kV/mm设计，耐压留足够余量；为屏蔽产生沾污的离子和金属原子，在绝缘件外围设计了屏蔽筒；所述组合光阑采用三级组合光阑；光阑由无氧铜作支撑座，与真空管道相连，用于导热；在无氧铜支座上安装三级光阑，光阑全部采用金属钼，第一级光阑直径20毫米，第二级光阑直径10毫米，第三极光阑直径6毫米；这样束流经过逐级限制，最终被限制在6毫米以内；所述等梯度加速管作为绝缘件，等梯度加速不会引起束流扩散；加速管轴线上的电场不大于25千伏/厘米；在实际使用时，离子源供电电压为5‑25 千伏，高压平台提供正电压为0‑125千伏，由此可以实现离子束的加速电压为正5‑150 千伏，在地电位的束流管道中获得离子的能量为5‑150千伏乘以电荷态；必要时对平台施加负电压，以实现对离子束的减速或者引出负离子；所述两道狭缝为前后夹缝，结构是一样的，均为XY双方向狭缝，狭缝边缘为刀口，由一对一维平台驱动，真空隔离用焊接波纹管，重复定位精度和位置精度均小于5丝；狭缝两刀口位置沿束流方向错开，并在移动机构上加限位；狭缝安装在一段独立的管道内；前狭缝距离二极磁铁400mm，该距离为磁铁焦距；前后狭缝间距为1米，保证束流的准直；在束线上设计安装有两个法拉弟筒和一个荧光靶；两个法拉弟筒中，一个放在靶室前的束线上，用于测量进入靶室时的束流大小；另一个安装在二极磁铁真空盒上，用于测量不经过磁场偏转的束流大小。