[發明專利]一種負氫離子的生成裝置及方法

有效

• 申請號: 201811036349.5
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109195298B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 劉巍;趙永濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張海青

本發明公開一種負氫離子的生成裝置及方法。裝置包括：一個擴散腔室，所述擴散腔室下部設置有出氣口，所述擴散腔室上部設置有多個放電腔室，每個所述放電腔室上設置有進氣口，每個所述放電腔室的外部纏繞有射頻線圈，用于射頻信號的輸入。采用本發明的裝置或方法，利用脈沖信號調節射頻信號獲得脈沖調制射頻信號，使多個腔室脈沖放電的優勢相互補充，在擴散腔室中獲得連續穩定的高密度負氫離子。

技術領域

本發明涉及等離子體領域，特別是涉及一種負氫離子的生成裝置及方法。

背景技術

負氫離子源是磁約束聚變中高功率中性束注入器(NBI)，散裂中子源和強流質子加速器的關鍵設備。負氫離子源作為以上大科學裝置的源頭設備，其發展水平很大程度上決定了這些大科學裝置的性能。近年來，許多重大應用領域和基礎研究領域的發展需求，對負氫離子束的強度和束流功率提出了更高的要求和挑戰，例如，針對下一代磁約束聚變裝置DEMO的NBI提出7200s的34A負氫離子束流要求，核能材料需要基于兆瓦量級質子(或氘)束流的中子源來模擬強輻照環境，ADS嬗變核廢料需要10至20MW的強流質子束等?？梢哉f，強流高密度高占空比負氫離子源，特別是連續工作模式的強流、高密度負氫離子源，是未來科學技術對負氫離子源的新需求和更高挑戰，代表著負氫離子源進一步發展的方向。如何進一步提高當前負氫離子源的性能成為負氫離子源進一步發展所需要解決的關鍵科學和技術問題。

在負氫離子源發展過程中，負氫離子源的持續運行時間、運行期間穩定性、較高的負氫離子束流和束流密度是其發展的關鍵因素。雖然堿金屬(主要是銫)的輔助會較顯著地提高離子流強(>100mAcm-2)，但是鍍銫的腔室表面或者銫蒸汽的加入會明顯縮短負氫離子源的使用壽命，同時堿金屬的使用會帶來一定的危險。此外，基于體產生機制設計的燈絲放電中，浸沒在等離子體中的燈絲受到離子濺射逐漸變細，從而導致離子源連續運行時間較短，并且會影響負氫離子密度的穩定性。本文提出了將射頻線圈置于放電腔室外部的射頻放電方案，解決了現有技術中不能安全且長時間生成連續高密度、高性能負氫離子的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種負氫離子的生成裝置及方法，用來解決現有裝置不能安全且長時間生成連續高密度、高性能負氫離子的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種負氫離子的生成裝置，所述負氫離子的生成裝置包括：一個擴散腔室，所述擴散腔室下部設置有出氣口，所述擴散腔室上部設置有多個放電腔室，每個所述放電腔室上設置有進氣口，每個所述放電腔室的外部纏繞有射頻線圈，所述射頻線圈的數量與所述放電腔室的數量相同，第i個所述射頻線圈纏繞在第i個所述放電腔室的外部，i∈{2,3,...,n}，n為所述射頻線圈和所述放電腔室的數量，n>1。

可選的，所述負氫離子的生成裝置還包括射頻信號單元和脈沖控制信號單元，所述脈沖控制信號單元用于調節所述射頻信號單元中各射頻信號的相位。

可選的，所述放電腔室為石英或者陶瓷材質。

可選的，所述擴散腔室為不銹鋼材質或鋁材質。

可選的，所述放電腔室與所述擴散腔室通過高真空密封連接。

可選的，所述出氣口對稱分布在所述擴散腔室底部。

可選的，所述進氣口與流量計連接。

可選的，所述擴散腔室還設置有氣體檢測接口，所述氣體檢測接口與所述擴散腔室通過高真空密封連接。

本發明還提供了一種負氫離子的生成方法，所述方法應用上述負氫離子的生成裝置，所述生成方法包括：

利用脈沖信號來調節射頻信號生成脈沖調制射頻信號，將所述脈沖調制射頻信號輸入到所述射頻線圈單元；所述脈沖調制射頻信號滿足條件：