[發明專利]一種雙層孔離子引出和加速裝置

有效

• 申請號: 201911387938.2
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111093312B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 楊溫淵;董燁;周前紅;董志偉
• 申請（專利權）人: 北京應用物理與計算數學研究所
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;H05H1/54
• 代理公司: 北京安度修典專利代理事務所(特殊普通合伙) 11424
• 代理人: 楊方成

本發明提供一種新型雙層孔離子引出和加速系統，該系統為圓柱狀結構，包括陰極、第一陽極和第二陽極，整體系統沿圓柱中心軸為旋轉對稱結構，陰極與第一陽極之間通過第一絕緣介質隔離，第一陽極與第二陽極之間通過第二絕緣介質隔離；從系統的中心剖面來看，陰極圍成了等離子體區，等離子體區為矩形，陰極在靠近第一陽極的邊界中心處設置有第一引出孔；第一陽極的中心位置處設置有第二引出孔；第一陽極和第二陽極之間形成離子加速區，離子加速區為真空區；等離子體區的離子經第一引出孔和第二引出孔引出，然后經過離子加速區加速后打到第二陽極上。本發明具有顯著提高離子源引出離子和到靶離子流強度以及改善到靶離子流時間波形的益處。

技術領域

本發明屬于離子源中離子的引出和傳輸技術領域，具體涉及一種新型雙層孔離子引出和加速裝置。

背景技術

等離子體離子源在工業上有著良好的應用前景。其中潘寧離子源由于具有結構和供電簡單、使用壽命長等特點，因而在爆炸物探測、石油測井、地質和礦物勘探等許多領域得到了廣泛的應用。

在從離子源引出離子的過程中，如何盡可能多地提高離子源引出離子束流的強度并保證其加速后在靶上分布的均勻性等，一直是離子源研究的重要方向之一。

離子引出和加速系統與離子源相連，通過系統中電極間的電場作用，離子從離子源的引出口引出后，在加速區獲得能量，最后轟擊到靶上。合理設計引出和加速系統對離子源性能的提升非常重要。通過對潘寧離子源的離子引出和加速系統的研究表明，離子源引出孔的大小和形狀的變化對離子發射面形狀、離子軌跡、離子引出到靶電流均有一定影響，其中引出孔厚度越小，引出和到靶電流強度越高。但由于引出孔大小，尤其是引出孔的厚度可能受到實際物理因素的限制，因此調節范圍受到限制。

目前常規的離子引出和加速系統一般采用單層孔結構，對于引出孔厚度較大的離子源，在離子源強度一定的情況下，該單層孔結構引出離子以及到靶離子流強度可能達不到預期值。

因此，對于現有離子引出和加速系統做進一步的改進有重要應用價值。

發明內容

本發明之目的提供了一種雙層孔離子引出和加速裝置，其目的是針對引出孔厚度較大的離子源，利用該結構提高離子源引出離子和到靶離子流強度。

本發明提供一種雙層孔離子引出和加速裝置，該系統為圓柱狀結構，包括陰極、第一陽極和第二陽極，所述陰極、第一陽極和第二陽極沿圓柱中心軸為旋轉對稱結構，所述陰極與所述第一陽極之間通過第一絕緣介質隔離，所述第一陽極與第二陽極之間通過第二絕緣介質隔離；其中，從系統的中心剖面來看，

所述陰極圍成了等離子體區，所述等離子體區為矩形，所述陰極在靠近所述第一陽極的邊界中心處設置有第一引出孔；

所述第一陽極的中心位置處設置有第二引出孔；

所述第一陽極和第二陽極之間形成離子加速區，所述離子加速區為真空區；

所述等離子體區的離子經所述第一引出孔和第二引出孔引出，然后經過所述離子加速區加速后打到所述第二陽極上。

優選地，所述等離子體區由氣體放電產生或直接加載產生。

優選地，所述第一引出孔和第二引出孔均為圓柱形孔，并且圓柱形孔的中心軸與整個系統的中心軸重合。

優選地，所述陰極上靠近所述第一陽極的邊界厚度遠小于所述第一陽極的厚度。

優選地，所述第一引出孔和第二引出孔的半徑相同。

優選地，所述陰極為接地電極，電位U_c為0V。

優選地，所述第一陽極和第二陽極均施加負偏壓，所述第一陽極的電位為U1，所述第二陽極的電位為U2，其中，U10，U20，U1U2，U1的絕對值遠小于U2的絕對值。