[發(fā)明專利]一種銫催化負(fù)氫離子潘寧源的除銫方法及除銫引出電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710972829.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN107833817B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)華甫;呂永佳;李海波;劉盛進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞中子科學(xué)中心
• 主分類號(hào): H01J27/04
• 分類號(hào): H01J27/04
• 代理公司: 深圳鼎合誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕;彭家恩

本申請(qǐng)公開了一種銫催化負(fù)氫離子潘寧源的除銫方法及除銫引出電源。本申請(qǐng)的銫催化負(fù)氫離子潘寧源的除銫方法，包括在引出電極上加載除銫脈沖，利用除銫脈沖將H?離子引出，形成低能量的發(fā)散束流，去除引出電極上沉積的銫；其中，除銫脈沖的脈沖幅度小于脈沖高壓。本申請(qǐng)的除銫方法，通過采用除銫脈沖引出發(fā)散束流，利用發(fā)散束流對(duì)引出電極表面的銫進(jìn)行去除，有效的避免了銫在引出電極表面沉積，避免了由于銫沉積引起的H?離子束流品質(zhì)受影響和打火等問題；為提供高品質(zhì)的H?離子束流奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及潘寧源領(lǐng)域，特別是涉及一種銫催化負(fù)氫離子潘寧源的除銫方法及除銫引出電源。

背景技術(shù)

中國(guó)散裂中子源(縮寫CSNS)，由1.6GeV高能質(zhì)子轟擊重金屬靶產(chǎn)生強(qiáng)流中子，并利用中子研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)。CSNS主要由直線加速器、中子靶站和中子散射譜儀三大部分組成。其中，直線加速器由H-離子源(IS)、低能束流傳輸線(LEBT)、射頻四極加速器(RFQ)、中能束流傳輸線(MEBT)、漂移管直線加速器(DTL)和高能束流傳輸線(HEBT)組成。

在CSNS的H-離子源(IS)里，產(chǎn)生H-離子束的源體為潘寧源體1，如圖1和圖2所示，潘寧源體1的下方是引出電極支座2，引出電極21固定在引出電極支座2上，產(chǎn)生的H-離子束由引出電極21引出；其中，引出電極21上加載脈沖高壓實(shí)現(xiàn)H-離子束的引出，而脈沖高壓由引出電源采用固態(tài)開關(guān)充放電方式產(chǎn)生脈沖高壓，容性負(fù)載。引出電源能夠輸出0到25kv連續(xù)可調(diào)，1到25Hz頻率可調(diào)的脈沖高壓，脈沖高壓使得H-離子束加速通過H-離子源(IS)通過低能傳輸線(LEBT)。

H-離子源(IS)，作為直線加速器以及中國(guó)散裂中子源的源頭，作用就是產(chǎn)生H-離子束流。CSNS現(xiàn)在所用的是基于銫催化作用的負(fù)氫離子潘寧源。氫氣注入潘寧源后，要想要產(chǎn)生H-離子，必須先產(chǎn)生電子。想要從任何物質(zhì)的表面得到電子，首先必須克服物質(zhì)表面單個(gè)電子的溢出功(縮寫Φ)，所以需要找到表面溢出功較小的物質(zhì)。

銫金屬最小的表面溢出功Φ＝2.14eV，而銫作為其它金屬的表面鍍層，可以得到更小的表面溢出功?，F(xiàn)有的CSNS采用鉬金屬作為潘寧源的陰極和陽(yáng)極材料，在鉬金屬表面鍍銫，當(dāng)鍍銫層厚度為0.6個(gè)原子層時(shí)，表面溢出功Φ驟然下降到1.5eV，即使鍍銫層厚度增加，其表面溢出功Φ也約等于2eV，比鉬金屬本身的4.6eV的表面溢出功小很多。因此，現(xiàn)有的CSNS采用的是銫催化負(fù)氫離子潘寧源，以產(chǎn)生H-離子束流。

銫金屬能極大的促進(jìn)H-離子的產(chǎn)額，是CSNS的潘寧源產(chǎn)生大額H-離子束流的一個(gè)必要條件。銫的注入量可以通過設(shè)定銫鍋溫度，調(diào)控蒸汽壓，進(jìn)行精確控制；一般來說，銫鍋溫度在70℃到190℃調(diào)控，就可以滿足不同注入量的控制需求；現(xiàn)有的CSNS也是采用這種方式進(jìn)行銫注入量精確控制的。

但是，CSNS是一個(gè)面向客戶的大型設(shè)備，當(dāng)需要時(shí)，經(jīng)常會(huì)連續(xù)運(yùn)行，而在其連續(xù)運(yùn)行的過程中，并不一定會(huì)持續(xù)的需要H-離子束流，也就是說，會(huì)存在運(yùn)行占空比較低的時(shí)候。此時(shí)，雖然暫時(shí)不需要H-離子束流，但是，CSNS繼續(xù)運(yùn)行，銫也會(huì)持續(xù)注入，在不需要銫催化產(chǎn)生H-離子的情況下，持續(xù)注入的銫無法得到充分消耗，會(huì)導(dǎo)致過量的銫不斷沉積在引出電極表面。引出電極沉積過量的銫會(huì)造成很多麻煩，一方面，會(huì)引起引出電極和潘寧源的打火；另一方面，H-離子束流打在引出電極上會(huì)造成大量銫粒子濺射，產(chǎn)生更多電子和濺射離子，對(duì)H-離子束流的品質(zhì)造成影響。當(dāng)然，也可以通過減低銫鍋的溫度來減小或停止銫的供給；但是，降低銫鍋溫度大約需要半小時(shí)，時(shí)效性差，而且在這個(gè)過程中也會(huì)有銫注入，且不好定量把握。

因此，如何避免銫在引出電極表面過量沉積，或者在發(fā)現(xiàn)有銫沉積后如何及時(shí)去除，是避免潘寧源的打火和保障H-離子束流質(zhì)量的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的是提供一種銫催化負(fù)氫離子潘寧源的除銫方法及除銫引出電源。

本申請(qǐng)采用了以下技術(shù)方案：