[實用新型]一種束流在線電荷極性轉(zhuǎn)換裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720830898.4
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN206907501U
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳立華;崔保群;唐兵;馬瑞剛;黃青華;馬鷹俊;馬燮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院
• 主分類號: G21K1/14
• 分類號: G21K1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于離子束操縱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種束流在線電荷極性轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)裝置或生產(chǎn)設(shè)備中，常常要實現(xiàn)對低能正離子束的電荷極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，例如：串列加速器中，為實現(xiàn)離子的二次加速，需向其注入負(fù)離子束，而負(fù)離子源產(chǎn)生的離子種類和流強(qiáng)受限，往往需要將離子源產(chǎn)生的正離子束的極性轉(zhuǎn)換為負(fù)離子束才能滿足串列加速器的注入要求。它的原理是帶電離子束以一定速度進(jìn)入一定濃度的工藝氣體中與工藝氣體的氣體原子碰撞，在碰撞的過程中氣體原子失去電子，正離子獲得電子，離子與氣體原子發(fā)生電荷交換，經(jīng)過至少兩次碰撞離子所帶電荷由正變負(fù)。工作氣體可采用具有較低電子親和勢的堿金屬或堿土金屬蒸氣，由加熱爐加熱工作介質(zhì)(堿金屬或堿土金屬)產(chǎn)生，調(diào)節(jié)加熱爐溫即可控制工作氣體濃度。在極性轉(zhuǎn)換過程中，由于堿金屬和堿土金屬的化學(xué)活性較高，容易與進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換的設(shè)備的真空內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)，其氫氧化物也具有較強(qiáng)的腐蝕性，需要對其作用范圍進(jìn)行限制。此外，這一轉(zhuǎn)化過程中的工作介質(zhì)(堿金屬或堿土金屬)一般為成本較高的貴金屬，因此也需要盡量控制工作介質(zhì)的損耗。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是在保證離子束流電荷極性轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行的情況下，減少工作介質(zhì)的損耗并實現(xiàn)工作介質(zhì)的循環(huán)使用。

為達(dá)到以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種一種束流在線電荷極性轉(zhuǎn)換裝置，包括底部密封連接加熱爐的外筒，所述外筒筒壁上對稱設(shè)置一對能夠通過離子束流的外筒束流通道孔，所述加熱爐用于通過加熱工作介質(zhì)產(chǎn)生工藝氣體，其中，還包括通過能夠密封設(shè)置在所述外筒頂部的法蘭設(shè)置在所述外筒內(nèi)的內(nèi)筒，所述內(nèi)筒底部的開口位于所述加熱爐頂部的開口上方，所述內(nèi)筒的筒壁上對稱設(shè)置一對與所述外筒束流通道孔相對應(yīng)的、能夠通過所述離子束流的內(nèi)筒束流通道孔。

進(jìn)一步，所述外筒的底部為開口朝上的錐面結(jié)構(gòu)，所述加熱爐的頂部開口位于所述錐面結(jié)構(gòu)底部中心位置，所述內(nèi)筒的底部開口與所述錐面結(jié)構(gòu)之間留有縫隙，所述錐面結(jié)構(gòu)便于附著在所述外筒內(nèi)壁上的所述工作介質(zhì)以及從所述內(nèi)筒回流的所述工作介質(zhì)流入所述加熱爐中。

更進(jìn)一步，所述內(nèi)筒采用紫銅材質(zhì)制作，且內(nèi)外表面鍍鎳；所述內(nèi)筒的頂部內(nèi)側(cè)采用開口朝下的錐面結(jié)構(gòu)，便于附著在所述內(nèi)筒頂部的所述工作介質(zhì)沿所述內(nèi)筒的內(nèi)壁回流到所述加熱爐中。

進(jìn)一步，所述外筒束流通道孔采用錐形孔結(jié)構(gòu)，穿設(shè)在所述外筒的筒壁上，錐度為9度，所述外筒束流通道孔的小孔一端的孔徑為12mm，所述外筒束流通道孔的大孔一端的孔徑為30mm；所述外筒束流通道孔的小孔一端延伸在所述外筒的筒壁之外，所述外筒束流通道孔的大孔一端向所述外筒內(nèi)部延伸，靠近所述內(nèi)筒上的所述內(nèi)筒束流通道孔。

進(jìn)一步，所述內(nèi)筒束流通道孔采用錐形孔結(jié)構(gòu)，所述錐度為120度，所述內(nèi)筒束流通道孔的小孔一端的孔徑為6mm，所述內(nèi)筒束流通道孔的大孔一端的孔徑為25mm；所述內(nèi)筒束流通道孔的小孔一端位于所述內(nèi)筒的筒壁內(nèi)側(cè)上，所述內(nèi)筒束流通道孔的大孔一端位于所述內(nèi)筒的筒壁外側(cè)上。

更進(jìn)一步，所述外筒束流通道孔的大孔一端、內(nèi)筒束流通道孔的大孔一端互相對應(yīng)，兩者之間能夠形成阻止所述工藝氣體外溢的氣阻。

進(jìn)一步，在所述法蘭上還設(shè)有用于補充所述工作介質(zhì)的工作介質(zhì)注入孔。

進(jìn)一步，所述外筒、內(nèi)筒、法蘭均采用耐強(qiáng)堿腐蝕的金屬制作，所述法蘭與所述外筒之間采用金屬密封結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述外筒的外壁設(shè)有用于給所述外筒加熱的外筒加熱絲，在所述法蘭上設(shè)有用于給所述內(nèi)筒加熱的內(nèi)筒加熱棒。

本實用新型的有益效果在于：

1.外筒束流通道孔6和內(nèi)筒束流通道孔7的束流通道孔徑很小，是良好的氣阻，可有效減少工藝氣體向真空中逃逸。外筒束流通道孔6也采用錐孔設(shè)計，有效約束從內(nèi)筒束流通道孔7逸出的工藝氣體，限制氣體原子的運動區(qū)域，提高工藝氣體密度。

2.氣體原子從外筒束流通道孔6和內(nèi)筒束流通道孔7的內(nèi)表面蒸發(fā)增加內(nèi)外筒之間的電荷交換區(qū)域的工藝氣體密度提高了電荷交換幾率。

3.采用內(nèi)筒2和外筒1所構(gòu)成的雙層筒壁結(jié)構(gòu)，極有效的限制了工藝氣體的作用范圍。

4.通過在內(nèi)筒2頂部、外筒1底部設(shè)置錐面結(jié)構(gòu)，使得附著在筒壁上的工作介質(zhì)能夠回流到加熱爐3中，實現(xiàn)了工作介質(zhì)的循環(huán)利用，節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1是本實用新型具體實施方式中所述的束流在線電荷極性轉(zhuǎn)換裝置的示意圖；