全永磁ECR离子源研究进展

ECR(电子回旋共振)离子源是产生稳定的强流多电荷态离子束流最有效装置.全永磁ECR离子源因其独特的特点为很多中小型多电荷态离子束流实验平台与离子注入机等系统所采用,为后者产生重复性好、稳定性强的多电荷态离子束流.本文着重论述了中国科学院近代物理研究所研制的几台全永磁多电荷态ECR离子源及其特性与典型性能,如能产生强流高电荷态离子束流的高性能全永磁离子源LAPECR2,能产生强流中低电荷态离子束流的LAPECR1,能产生多电荷态重金属离子柬流的LAPECRl-M等.这些性能稳定的离子源为提高近代物理研究所相关试验平台的性能提供了关键的束流品质保障.     

高性能全永磁ECR离子源LAPECR2的研制

研制了一台体积和重量都较大、设计性能较高的全永磁电子回旋共振(Electron cyclotron resonance,ECR)离子源LAPECR2(Lanzhou all permanent magnetic ECRion source No.2 ).该离子源将用于中国科学院近代物理研究所320 kV高压平台,为其提供强流高电荷态离子束流.LAPECR2的研制采用全新的全永磁磁体结构设计,通过采用高性能的NdFeB永磁材料、优化的磁结构设计以及精确的计算,实测源体的磁场参数能达到高性能ECR离子源的设计要求.离子源采用较高频率的14.5 GHz微波馈入加热等离子体,波导直接馈入离子源以增强馈入微波的稳定性与效率.此外,还大量采用了一些有利于提高离子源高电荷态离子产额的关键技术,如铝内衬等离子体弧腔、负偏压盘、铝制等离子体电极、三电极引出系统、辅助掺气等.     

2.45GHz单电荷态电子回旋共振离子源

描述了一台2．45GHz单电荷态电子回旋共振（ECR）离子源的原理、结构与应用。介绍了其微波系统与磁场结构。在微波输入功率约600W,引出高压22kV,引出孔径为φ6mm时,该离子源的总束流I（H1^ H2^ H3^ )可达90mA。     

永磁强流ECR离子源

文章介绍一台2.45 GHz永磁强流ECR离子源,其直径为10 cm,长10 cm,重量不足5 kg,可工作在直流模式和脉冲模式.脉冲模式引出的氢离子束峰值流强大于100 mA,束流密度达到500 mA/cm2;直流模式引出束流达到60 mA,束流密度为300 mA/cm2.两种模式的质子比均达到80%.     

ECR离子源高电荷态金属离子产生的MIVOC法实验研究

为满足兰州重离子加速器的实验要求,先后在中国科学院近代物理研究所14．5GHz（LECR2）及10GHz＋14．5GHz（LECR3）高电荷态ECR离子源上使用MIVOC（Metallic ion from volatile compounds）方法进行了高电荷态金属离子产生的实验研究。主要研究了铁和镍的各种高电荷态离子的产生,具有代表性的是210eμA的Fe^11＋、175eμA的Fe^12＋、142eμA的Fe^13＋、25eμA的Fe^16＋、64eμA的Ni^10＋、57eμA的Ni^13＋、31eμA的Ni^15＋和15eμA的Ni^16＋。本文将分别给出两种金属离子产生的多电荷态束流谱图,并对实验装置的安排、实验现象及结果进行讨论与总结。     

双频加热的LECR3离子源设计及初步的调试

研制成功了一台新的ECR（Electron Cyclotron Resonance）离子源LECR3（Lanzhou ECR No.3）。该离子源能为原子核物理与表面物理研究提供高电荷态离子束流，LECR3的设计主要基于IMP（Institute of Modern Physics）的14.5GHz ECR离子源（Lanzhou ECR No.2），但采用了双频加热、波导直接馈入微波功率及铝制等离子体弧腔等新技术和新方法。另外，LECR3的弧腔容积比LECR2的大，增加可注入的微波功率，可有效地增加引出的高电荷态离子束流的强度。虽然增大了弧腔的内么，但仍然保持径向六极磁铁在弧腔内壁上产生最大磁场强度与LECR2的同样大小。     

金属筒在ECR2高电荷态离子源中的应用

叙述了用金属筒来增强ECR2离子源的高电荷态离子束流强度。铝筒的增强效果最为显著。与锆简相比,Ar(8 )离子的束流强度从245μA增至330μA,Ar(9 )离子从125μA增至150μA。     

CIAE强流ECR离子源研制

本文介绍了研制的一台强流ECR微波离子源,其能从7 mm直径的圆孔引出大于150 mA的氢离子束(75 keV),质子比达90%。该离子源采用独特的结构提高了离子源寿命。离子源在75 keV、110 mA束流条件下连续工作超过220 h,束流中断2次,不间断工作时间超过150 h。     

永磁镜场边引出PIG离子源

本文介绍永磁镜场边引出PIG离子源的结构、磁场设计和实验结果。用H_2、BF_3、N_2或Ar作放电气体,在弧功率50～150W情况下,引出总束流大于1.0mA。其中H_1~ 和B_(11)~ 的比例分别达到90％和50％;得到的最高电荷态离子有B_(11)~(3 ),N~(5 ),Ar~(6 )。     

加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究：强流RFQ注入系统（LEBT）实验进展

加速器驱动次临界系统（ADS）项目中，由我院承担研制的强流RFQ注入系统包括ECR强流离子源及束流低能传输线（LEBT），2005年8月移机高能物理研究所后，2006年6月与RFQ对接前将系统完全恢复到了验收时的状态，可以引出能量75keV、超过60mA的离子束，归一化均方根束流发射度为0．13πmm.mrad，引出束流的质子比好于80％。