[實(shí)用新型]一種同位素電磁分離器用離子源的氣化放電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201621133494.1
• 申請(qǐng)日: 2016-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206148394U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任秀艷;曹進(jìn)文;吳靈美;李公亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)原子能科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H01J49/10
• 分類(lèi)號(hào): H01J49/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于同位素電磁分離器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同位素電磁分離器用離子源的氣化放電裝置。

背景技術(shù)

電磁分離方法在同位素分離領(lǐng)域具有不可或缺的地位，電磁分離法是利用能量相同、質(zhì)量不同的離子在橫向磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)半徑不同實(shí)現(xiàn)同位素分離的。同位素電磁分離器就是采用電磁分離方法分離得到同位素的設(shè)備。待分離的離子束從同位素電磁分離器的離子源中射出，經(jīng)同位素電磁分離器中的磁場(chǎng)分離，再被接收裝置接收，完成同位素的分離工作。

電磁分離方法是獲得星載銣鐘所需的高豐度的銣同位素、微型鎳電池核心材料高豐度的62Ni、高精度堿金屬磁力儀核心材料高豐度K等同位素唯一可行的方法,離子源是同位素電磁分離器中的重要部件，用于產(chǎn)生離子束。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中流強(qiáng)的大小與離子種類(lèi)等要求，離子源具有不同的結(jié)構(gòu)。在同位素電磁分離器上我們要求離子束有較強(qiáng)的流強(qiáng)，而且要求元素種類(lèi)較多。強(qiáng)流離子源往往是等離子體型離子源，通過(guò)氣體放電產(chǎn)生高濃度的離子。目前，該類(lèi)型的離子源有空心陰極離子源、電子回旋共振離子源、Nielsen離子源、Calutron離子源、Freeman離子源等。對(duì)于180°同位素電磁分離器，離子源必須放置在磁場(chǎng)中。其中磁力線與離子束引出方向垂直，并且要求能散度低。綜合這些考慮，只有Calutron離子源比較適合180°同位素電磁分離器。一直以來(lái)，同位素電磁分離器使用的離子源為Calutron型，早期用于分離鈾235，后用于分離其他同位素。

Calutron型離子源能產(chǎn)生大部分元素的離子，束流大，聚焦好，能在強(qiáng)電磁場(chǎng)、高真空、高溫度、帶電離子轟擊和腐蝕氣體包圍下，可靠長(zhǎng)期進(jìn)行。美國(guó)與俄羅斯是電磁同位素分離大國(guó)，最早使用電磁分離法分離同位素，因此，他們所使用的電磁分離器型離子源代表了先進(jìn)的水平。

我們自行設(shè)計(jì)制造的同位素電磁分離器用離子源在結(jié)構(gòu)上與美國(guó)和俄羅斯的離子源也有所不同，本實(shí)用新型中的離子源用于強(qiáng)流離子束的產(chǎn)生。在Calutron離子源中，坩堝和弧放電室是離子源的氣化放電裝置，固態(tài)原料在坩堝中被加熱氣化成飽和蒸汽，通過(guò)分配板后進(jìn)入到弧放電室，被電子束電離成等離子狀態(tài)并引出形成離子束。

離子源設(shè)置在同位素電磁分離器的真空室中，在離子源的工作中，氣化放電裝置的氣密性是非常重要的一個(gè)特性。當(dāng)氣密性不好時(shí)，往往會(huì)造成很多問(wèn)題。首先，氣密性差會(huì)造成離子源內(nèi)局部真空度下降，嚴(yán)重時(shí)可比真空室內(nèi)低10-100倍。伴隨的現(xiàn)象是出現(xiàn)打火與暗電流。打火現(xiàn)象與暗電流對(duì)離子源的性能及束流品質(zhì)有不可忽視的影響。其次，氣密性的好壞直接影響離子源的流強(qiáng)。Calutron離子源提高流強(qiáng)的辦法主要是增加供氣量使放電更加充分。如果離子源氣密性不好，增加供氣量對(duì)提高流強(qiáng)的作用會(huì)被大大減弱。再次，氣密性差將大大增加離子源、真空室的污染程度，增加離子源與真空室的清洗頻率，提高成本。并且，離子源的原料貴重，較差的氣密性將造成較大的浪費(fèi)及相關(guān)成本的升高。早期的同位素電磁分離器上，所采用的傳統(tǒng)的坩堝與弧放電室之間通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)接頭連接，如圖10所示。傳統(tǒng)的弧放電室采用的是扣式結(jié)構(gòu)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的坩堝與弧放電室的連接方式以及弧放電室的扣式結(jié)構(gòu)對(duì)離子源的氣密性有影響。傳統(tǒng)的坩堝與弧放電室的轉(zhuǎn)接頭口徑小，而內(nèi)螺紋口徑大。較小的轉(zhuǎn)接頭口徑使得供氣有明顯的氣阻，而較大的內(nèi)螺紋口徑具有較大的漏氣縫隙。傳統(tǒng)的弧放電室(扣式弧室)是兩部分組成，長(zhǎng)時(shí)間工作下，弧放電室受熱不均勻等問(wèn)題造成弧放電室膨脹不一，出現(xiàn)縫隙降低離子源的氣密性。這些問(wèn)題導(dǎo)致了離子源內(nèi)的暗電流的增加、影響了工作物質(zhì)的蒸汽密度、浪費(fèi)了昂貴的離子源原料，同時(shí)導(dǎo)致離子源受污染程度上升，清洗頻率增加，增加了使用成本。

針對(duì)上述問(wèn)題，有必要設(shè)計(jì)氣密性更好的離子源用氣化放電裝置，提高同位素電磁分離器的工作效率。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)早期的同位素電磁分離器的離子源所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于離子源的、氣密性好、并能保證離子源(Calutron型)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的氣化放電裝置，實(shí)現(xiàn)同位素電磁分離器的同位素的穩(wěn)定分離，保證同位素的豐度。

為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種同位素電磁分離器用離子源的氣化放電裝置，設(shè)置在同位素電磁分離器的離子源上，其中，包括弧放電室及與所述弧放電室后部相連的坩堝，設(shè)置在所述弧放電室頂部的陰極和燈絲，所述弧放電室、坩堝直接密封連接。