[發明專利]一種提高ECR離子源中氫分子離子比例系統及其方法

有效

• 申請號: 201710328732.7
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107195527B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 彭士香;徐源;任海濤;張艾霖;張滔;張景豐;溫佳美;武文斌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01J49/10
• 分類號: H01J49/10;H01J49/14
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

1.一種提高氫分子離子比例的電子回旋共振離子源系統，其特征在于，所述電子回旋共振離子源系統包括：微波系統、進氣口、微波窗、放電室、磁體、放電室內襯、等離子體電極、束流引出系統和水冷循環部件；其中，所述放電室的內部為真空密封的圓柱形的腔體；在放電室的側壁上設置有水冷循環部件；在放電室的前端設置微波窗口；所述微波系統通過微波窗口連接放電室；在放電室的外壁上設置磁體；在放電室的側壁上設置進氣口；在放電室的尾部設置等離子體電極；等離子體電極的中間形成引出口；放電室的尾部對接束流引出系統；放電室內襯套裝在放電室內，放電室內襯的外徑等于放電室的內徑，放電室內襯的材料采用高復合系數材料；通過進氣口向放電室中通入純氫氣；微波系統將微波通過微波窗傳輸至放電室內；磁體提供軸向共振場；微波與放電室中的氫氣作用產生等離子體，同時，氫原子在放電室內襯的高復合系數材料表面發生復合作用H+H+w→H₂，形成大量氫分子，使得放電室內的氫分子含量升高，等離子體中氫原子含量減少，從而使得H⁺比例降低，H₂⁺離子比例升高；等離子體在產生后，在等離子體電極上加高壓，通過束流引出系統引出形成H₂⁺離子束流，其中w為放電室內襯的高復合系數材料；所述放電室內襯的高復合系數材料采用鉭、鉬、不銹鋼或者銅。

2.如權利要求1所述的電子回旋共振離子源系統，其特征在于，所述放電室的材料采用性質穩定的金屬；所述放電室的內徑在30mm～80mm之間；長度在35～60mm之間。

3.如權利要求1所述的電子回旋共振離子源系統，其特征在于，所述放電室內襯的內徑在30～60mm之間。

4.如權利要求1所述的電子回旋共振離子源系統，其特征在于，所述放電室內襯為圓筒形，或者放電室內襯覆蓋放電室內的側壁和兩個端面。

5.如權利要求1所述的電子回旋共振離子源系統，其特征在于，在放電室內襯的表面設置有凸起的圖案。

6.如權利要求1所述的電子回旋共振離子源系統，其特征在于，所述放電室內氣壓的范圍為0.5Pa～10Pa之間；微波功率范圍在800W～3000W之間；微波功率信號重復頻率在10～500Hz，占空比為1％～100％。

7.一種提高電子回旋共振離子源中氫分子離子比例方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1)通過進氣口向放電室中通入純氫氣；

2)微波系統將微波通過微波窗傳輸至放電室內；

3)磁體提供軸向共振場；

4)微波與放電室中的氫氣作用產生等離子體，同時，氫原子在放電室內襯的高復合系數材料表面發生復合作用H+H+w→H₂，形成大量氫分子，使得放電室內的氫分子含量升高，等離子體中氫原子含量減少，從而使得H⁺比例降低，H₂⁺離子比例升高，其中w為放電室內襯的高復合系數材料；

5)等離子體在產生后，在等離子體電極上加高壓，通過束流引出系統引出形成H₂⁺離子束流；

其中，所述放電室內襯的高復合系數材料采用鉭、鉬、不銹鋼或者銅。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟4)中，放電室內襯采用鉭，提高H₂⁺離子比例。

9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟4)中，放電室內氣壓的范圍為0.5Pa～10Pa之間；微波功率范圍在800W～3000W之間；微波功率信號重復頻率在10～500Hz，占空比為1％～100％。