溅射负离子源靶的制作与使用

研究制作了多种溅射负离子源靶,在2×1.7MV串列加速器上采用Middleton-Ⅶ型溅射负离子源引出了流强大、稳定的30多种元素的负离子束。探讨了靶的材料、形状和尺寸等因素对束流质量的影响,以及如何通过控制铯蒸汽、电离器电流、靶压和靶位等来改善束流的质量,提高靶及电离器的寿命,降低源体的污染等。     

铯束溅射负离子源

本文描述了一台铯束溅射型负离子源的实验工作,介绍了该源的工作原理和测试装置。给出了负离子束流强与铯束、靶锥材料及尺寸间关系,测定出各种负离子束的质谱及发射度。     

溅射负离子源的最新发展

负离子源是应串列加速器的需要而产生的。目前在串列加速器上基本上使用三种形式的负离子源——双等源、电荷交换源和溅射源。双等源在产生束流品质较好的气体负离子方面有特殊的优点。它能产生多种气体负离子,如氢、氘、碳、氮、氧、氟等,而且束流较大,发射度较小。如通用离子源公司的358型双等源,能给出最大的氢负离子流约150μA,发射度约3～6mm·mrad·MeV~(1/2)。电荷交换源也不可缺少,目前它是产生氦负离子的唯一离子源。通用离子源公司生产的710锂电荷交换源能保证4μA的氦负离子,2μA的锂负离子。溅     

超灵敏小型回旋加速器质谱计的Cs溅射负离子源的研制和性能

一台用于超灵敏质谱(AMS)的带有多靶机构的强流溅射负离子源已经研制完成,为了满足AMS的特殊要求,源的设计着重解决提高流强、降低记忆效应及改善发射度等方面的问题,并且十分注意性能的可靠性与稳定性.样机在试验台架上进行了一年多的调试并进一步作了改进,迄今已引出了10μA BeO、5μAl-、4.5μA Fe-、350μA C-以及其他十余个离子品种,100μA以下测得的归一化发射度为(2-4)πmm@mrad@MeV1/2,对记忆效应与电离效率也进行了初步测定.     

用于溅射负离子源的透射表面电离器的研制

介绍了１种应用于表面电离型溅负离子源的球面形透射表面的电离器，并阐述了原理。这种电离器可使铯蒸气直接通过，避免了铯蒸气绕射造成电离表面铯原子通量低的缺点，增大了铯离子的产额也使离子源的流强较采用非透射型电离器时提高了５０－８７％。‘     

Design of the Prototype Negative Ion Source for Neutral Beam Injector at ASIPP

In order to support the design,manufacture and commissioning of the negativeion-based neutral beam injection(NBI) system for the Chinese Fusion Engineering Test Reactor(CFETR),the Hefei utility negative ion test equipment with RF source(HUNTER) was proposed at ASIPP.A prototype negative ion source will be developed at first.The main bodies of plasma source and accelerator of the prototype negative ion source are similar to that of the ion source for EAST-NBI.But instead of the filament-arc driver,an RF driver is adopted for the prototype negative ion source to fulfill the requirement of long pulse operation.A cesium seeding system and a magnetic filter are added for enhancing the negative ion density near the plasma grid and minimizing co-extracted electrons.Besides,an ITER-like extraction system is applied inside the accelerator,where the negative ion beam is extracted and accelerated up to 50 kV.     

强流溅射源束流杂质的分析和消除

在北京HI-13串列加速器上使用强流溅射源引出某些离子时,总是含有不必要的束流杂质。经详细分析后确定束流杂质主要是由离子源内部一个绝缘套筒造成的。本文对离子源内部结构进行了改进:在靶阴极与阳极之间的绝缘套筒上加上内外金属屏蔽帽,从而降低了束流杂质,提高了束流的纯度和强度。     

中子管用PIG负氢离子源及其束流引出实验研究

PIG离子源用于中子管引出正离子,但在使用过程中存在一定问题,如单原子离子比低、靶材料溅射严重及功耗大等。为解决这些问题,提高中子管的寿命和稳定性,本文设计一种中子管用PIG负氢离子源,并对其束流引出进行实验研究。分别测量了离子源的磁场、不同阴极材料及引出阴极离子发射孔径对引出负氢离子束流的影响。实验数据表明,该负氢离子源可用于制作性能指标良好的中子管。     

ECR离子源微波窗损伤机理研究

强束流下微波窗损坏是限制2.45 GHz电子回旋共振(ECR)离子源寿命的主要原因,为延长离子源使用寿命,对ECR离子源微波窗损伤机理进行了研究。利用有限元软件分别计算了Al₂O₃陶瓷微波窗在微波、等离子体和回流电子束作用下的温度及应力分布。计算结果表明,在微波和等离子体作用下,微波窗边缘处应力最大,在电子束作用下,微波窗中心位置应力最大。增强水冷效果可降低微波和等离子体对微波窗的影响,增加Al₂O₃陶瓷微波窗表面氮化硼（BN）的厚度可降低电子束的影响,从而减少微波窗损坏概率,延长离子源寿命。     

860 A溅射负离子源电离器及电源的改进

本文采用直径为2.5 mm的不锈钢铠装热丝研制了透射型表面电离器,并对离子源电源进行了改进。用连续可调直流开关电源代替原装交流电源作为电离器电源,用置于地电位的0~-20 kV电源代替原悬浮于-20 kV引出电压上的10 kV浸没透镜电源。给出了改进后GIC4117 2×1.7 MV串列加速器前法拉第杯H^-流强随电离器加热电流的变化曲线。     

Discharge Characteristics of Large-Area High-Power RF Ion Source for Positive and Negative Neutral Beam Injectors

A large-area high-power radio-frequency(RF) driven ion source was developed for positive and negative neutral beam injectors at the Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI). The RF ion source consists of a driver region, including a helical antenna and a discharge chamber, and an expansion region. RF power can be transferred at up to 10 kW with a fixed frequency of 2 MHz through an optimized RF matching system. An actively water-cooled Faraday shield is located inside the driver region of the ion source for the stable and steady-state operations of high-power RF discharge. Plasma ignition of the ion source is initiated by the injection of argongas without a starter-filament heating, and the argon-gas is then slowly exchanged by the injection of hydrogen-gas to produce pure hydrogen plasmas. The uniformities of the plasma parameter,such as a plasma density and an electron temperature, are measured at the lowest area of the driver region using two RF-compensated electrostatic probes along the direction of the shortand long-dimensions of the driver region. The plasma parameters will be compared with those obtained at the lowest area of the expansion bucket to analyze the plasma expansion properties from the driver region to the expansion region.     

BRISOL钠同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用100 MeV、200 μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束,在线分析后供物理用户使用,其质量分辨率好于20 000。为开展²⁰Na核的奇异衰变特性研究,研制了氧化镁靶,并采用100 MeV质子束轰击氧化镁靶在线产生了^20～26Na⁺的钠同位素放射性核束。当质子束流强为8 μA时,²⁰Na⁺离子束的最大产额为2×10⁵ s^-1,²¹Na⁺离子束的最大产额为4×10⁸ s^-1。完成了北京放射性核束装置首个放射性核束物理实验,累计供束近200 h。     

串列加速器358型双等离子体离子源改进及性能研究

为提高北京师范大学GIC4117型串列加速器358型双等离子体离子源束流强度及灯丝使用寿命,改进了离子源灯丝涂覆材料中Ba、Sr、Ca元素的占比、灯丝涂覆方法及离子源保护措施。讨论了在不同灯丝电流下,进气量、弧流、约束磁铁电流对离子源输出束流强度的影响。灯丝累积使用寿命达到200 h以上,靶室束流强度较原来采用860A溅射源提高约500倍。同时本文对358型双等离子体离子源调试过程中的异常断弧情况进行了分析和改进。     

真空弧离子源引出束流在加速空间的分布

采用数码相机直接照相的方法来确定真空弧离子源引出束流在加速空间的分布。实验在动态真空实验系统中进行,系统真空度优于2×10-3 Pa。在离子源脉冲工作的条件下,采用数码相机拍摄到离子源引出束流在加速空间的积分图像,得到引出束流的幅亮度在拍摄平面上的相对分布,然后再通过Abel转换得到引出束流在加速空间的径向分布。实验结果表明:真空弧离子源引出束流近似高斯分布,离子源出口处的束流比靶入口处的束流强40%。     

BRISOL钾同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用一台100 MeV回旋加速器提供的最大200 μA的质子束打靶在线产生放射性核束,其最高质量分辨率好于20 000。2015年,BRISOL装置建成并使用05 μA质子束轰击氧化钙靶产生了37K+、38K+放射性核束,其中38K+的产额为1×106 pps。为了提高氧化钙靶产生钾放射性核束的产额以满足物理用户需求,BRISOL于近期开展了氧化钙靶的在线实验。实验中使用氧化钙靶产生了36～38K+、43K+、45～47K+等多种放射性核束,同时将38K+的最大产额提高到了112×1010 pps。本文详细介绍氧化钙靶的研制及在线实验结果。