[發(fā)明專利]一種級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010580927.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN111712033B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫良亭;黃維;謝祖褀;趙紅衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所
• 主分類號(hào): H05H7/22
• 分類號(hào): H05H7/22
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

1.一種級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置的使用方法，其特征在于：

所述級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置包括：漂移管、電子反射電極、電子槍陰極、電子槍陽(yáng)極、真空管道、螺線管和鐵軛；

所述漂移管設(shè)置為多個(gè)，并沿軸線方向間隔設(shè)置在所述真空管道內(nèi)，位于所述真空管道的入口端設(shè)置有所述電子槍陰極和電子槍陽(yáng)極，位于所述真空管道的出口端設(shè)置有所述電子反射電極，多個(gè)所述漂移管位于所述電子槍陽(yáng)極與所述電子反射電極之間；所述真空管道外部設(shè)置有所述螺線管，且所述螺線管的外部設(shè)置有所述鐵軛；

每個(gè)所述漂移管均能獨(dú)立控制電位；每個(gè)所述漂移管都具有與全粒子尺寸相吻合的孔徑；

在各個(gè)所述漂移管上加載不同電勢(shì)，軸向上通過(guò)電勢(shì)的不同將離子束約束在內(nèi)，徑向則通過(guò)電子槍入射的電子束流產(chǎn)生的空間電荷力將離子束約束在內(nèi)；

多個(gè)所述漂移管與所述電子槍陰極、電子槍陽(yáng)極及電子反射電極位于同一中心軸線上；

所述電子槍陰極采用中空結(jié)構(gòu)；所述電子槍陽(yáng)極包括內(nèi)圈陽(yáng)極和外圈陽(yáng)極，所述外圈陽(yáng)極套設(shè)在所述內(nèi)圈陽(yáng)極外部；所述外圈陽(yáng)極與所述內(nèi)圈陽(yáng)極之間具有空隙，且兩者之間通過(guò)陶瓷支撐柱連接；所述內(nèi)圈陽(yáng)極采用中空結(jié)構(gòu)；

所述使用方法中采用十個(gè)所述漂移管，第一個(gè)所述漂移管至第十個(gè)所述漂移管從左至右依次設(shè)置在所述真空管道內(nèi)，該使用方法包括以下步驟：

S1、確定級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置所需的真空度；

S2、確定級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置中各電極的尺寸及電勢(shì)；

S3、離子束的壓縮與儲(chǔ)存；

S4、引出離子束；

所述各電極的尺寸及電勢(shì)確定方法為：

S21、使用ECR離子源提供所需的特定電荷態(tài)離子，根據(jù)引出之后的束流尺寸，確定級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置中位于中心位置處的漂移管內(nèi)徑；根據(jù)軸向上不同位置的磁場(chǎng)值，按漂移管的半徑與電子束半徑比值不變的原則計(jì)算得到其余漂移管的內(nèi)徑；

S22、根據(jù)需要約束的特定電荷態(tài)的離子束的電離閾值，確定電子束在勢(shì)阱中的能量，使其低于該離子的電離閾值，從而得到電子槍陽(yáng)極以及從左至右的前九個(gè)漂移管所加載的電壓值，電子槍陽(yáng)極與第一個(gè)漂移管所加載的電壓要高于第二個(gè)至第九個(gè)漂移管的電壓值；

S23、ECR離子源引出所需的特定電荷態(tài)離子之后，根據(jù)束流的傳輸模擬，確定第十個(gè)漂移管及電子反射電極的加載電壓，同時(shí)保證電子束從電子槍發(fā)射后到達(dá)電子反射電極處被反射；

所述壓縮與儲(chǔ)存方法包括以下步驟：

S31、離子束從反射電極外部注入級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置后，在第六個(gè)漂移管處遇到高電勢(shì)而反射，在離子束回到第十個(gè)漂移管處時(shí)，提高第十個(gè)漂移管的電勢(shì)，將離子束約束在第六個(gè)漂移管和第十個(gè)漂移管之間；

S32、緩慢提高第九個(gè)漂移管的電勢(shì)，實(shí)現(xiàn)離子束的壓縮，在電勢(shì)提高完成后，降低第十個(gè)漂移管的電勢(shì)；

S33、降低第六個(gè)漂移管的電勢(shì)，使離子束進(jìn)入勢(shì)阱中，離子束在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)將遇到第一個(gè)漂移管的高電勢(shì)而反射，同時(shí)緩慢提高第八個(gè)漂移管的電勢(shì)，將離子束往勢(shì)阱中推進(jìn)；

S34、第八個(gè)漂移管電勢(shì)提高完成后，降低第九個(gè)漂移管的電勢(shì)，同時(shí)緩慢提高第七個(gè)漂移管的電勢(shì)，進(jìn)一步推進(jìn)離子束；

S35、第七個(gè)漂移管電勢(shì)提高完成后，降低第八個(gè)漂移管的電勢(shì)，同時(shí)緩慢提高第六個(gè)漂移管的電勢(shì)；

S36、第六個(gè)漂移管電勢(shì)提高完成后，降低第七個(gè)漂移管的電勢(shì)，此時(shí)所有漂移管的電勢(shì)分布和ECR離子源引出的離子束注入級(jí)聯(lián)漂移管電勢(shì)阱裝置時(shí)一致；

S37、重復(fù)步驟S31至S36，直至勢(shì)阱中儲(chǔ)存的離子束達(dá)到飽和。

2.如權(quán)利要求1所述使用方法，其特征在于，所述離子束的引出，根據(jù)離子束流脈沖長(zhǎng)度分為快引出和慢引出兩種方案。

3.如權(quán)利要求2所述使用方法，其特征在于，所述快引出方案為：將電子槍陽(yáng)極和第一個(gè)漂移管的電壓下降至與第二個(gè)漂移管電壓一致，并依次提高第二個(gè)至第五個(gè)漂移管的電壓，使其在軸向形成沿著電子槍方向的電場(chǎng)，勢(shì)阱中的離子束將沿著電場(chǎng)方向，通過(guò)電子槍陽(yáng)極和電子槍陰極結(jié)構(gòu)中的孔傳輸而被引出。

4.如權(quán)利要求2所述使用方法，其特征在于，所述慢引出方案為：降低電子槍陽(yáng)極和第一個(gè)漂移管的電壓，使其仍高于第二個(gè)漂移管的電壓，此時(shí)一部分高能離子沿著軸向從第一個(gè)漂移管處逃逸，從而被引出，另一部分離子仍被約束在裝置內(nèi)；同時(shí)不斷緩慢提高第二個(gè)至第五個(gè)漂移管的電勢(shì)，在提高電勢(shì)的過(guò)程中，保持形成的軸向電場(chǎng)的方向指向電子槍，使得離子束被持續(xù)引出；第二個(gè)至第五個(gè)漂移管的電勢(shì)提高速度根據(jù)引出束流的脈沖時(shí)間要求來(lái)決定，最終提高到與第一個(gè)漂移管的電勢(shì)一致，勢(shì)阱中的離子束將全部被引出。