高电荷态电子回旋共振离子源难熔金属高温炉研制

高电荷态电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)离子源产生金属离子束的方法有炉子加热法、溅射法、MIVOC(Metallic Ion from Volatile Compounds)等,其中炉子加热法具有产生的束流强度高、稳定性好的特点。炉子加热法的技术核心是加热炉,按其工作温区主要分为低温炉、高温炉两大类。高温炉主要针对熔点1 500°C以上的金属钴、钛、钒、铂、铀等。通过ANSYS仿真模拟分析了高温炉钽坩埚的温度分布、高温下因膨胀所受热应力及其在ECR离子源工作环境的强磁场中所受的安培力作用。根据模拟分析结果研制了电阻式加热高温炉,并对其进行了离线测试,实验中钽坩埚在1 800°C以上发生的形变与ANSYS模拟结果相符,并根据模拟分析给出了改进方案。改进后的电阻式加热高温炉离线测试能在1 500°C稳定维持48 h以上,而在1 846°C时可稳定维持达6 h以上,结果表明:研制的电阻式加热高温炉可应用于ECR离子源产生强流高电荷态难熔金属离子束。     

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.     

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.     

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。     

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。     

强流高电荷态全永磁ECR离子源LAPECR2的初步调试

研制成功了一台强流高电荷态全永磁ECR（Electron Cyclotron Resonance）离子源LAPECR2（Lanzhou All Permanent Magnet ECR Ion Source No．2）。该离子源在完成磁体装配后已成功在近代物理研究所320kV高压平台上安装就位,与后束运线完成对接组装。离子源于2005年7月在14．5GHz实现了第一次成功起弧,并引出较强的混合束流。目前离子源已与后束线以及部分实验终端完成了联调,在实验终端能够获得强流较高电荷态的离子束流。本文将着重论述该全永磁源的结构技术特点和主要参数指标。本文还着重论述了LAPECR2离子源在14．5GHz微波功率馈入条件下的初步调试结果,在此基础上对束流向实验终端联调的实验结果进行了讨论,着重分析了影响束流引出与传输效率的主要因素。