[發明專利]一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置及使用方法

在審

• 申請號: 202011015086.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112002629A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 羅先文
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01J49/24
• 分類號: H01J49/24;H01J49/12;H01J49/02;G01T1/36
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置，包括一個金屬外殼，所述金屬外殼的頂部有一頂部開口，底部有一開口朝向頂部的凹形底部固定筒，凹形底部固定筒的開口處設置有圓環狀的壓環；所述金屬外殼的內部由頂部開口一側向內依次設置有引出電極、柵網、收集極，以及將引出電極、柵網、收集極隔開并固定的多片絕緣限位板，所述多片絕緣限位板之間形成腔體。本分析儀裝置采用了近于全金屬外殼設計，能夠最大限度屏蔽外部電磁場的影響，例如真空弧離子源放電時產生的脈沖高壓電場有可能對等離子體的擴散、對離子流的測量產生影響，而本分析儀裝置可盡量屏蔽外部電磁場，獲得更加準確的測量結果。

技術領域

本發明涉及一種能譜分析儀裝置及使用方法，具體涉及一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置及使用方法。

背景技術

真空弧離子源是一種短脈沖強流離子源，用于產生金屬/混合離子束，具有體積小、單次可重復放電等特點，輸出離子流強達數百mA量級，在中子發生器、離子注入機等方面有著重要的應用價值。通常在真空弧離子源的電極中以金屬氫化物形式貯存工作物質氘元素，可在真空環境下長期貯存。工作時在真空弧離子源的陰-陽極間加載一脈沖高電壓，經觸發產生真空弧沿面放電，同時由于電子轟擊、濺射等作用在沿面放電路徑上產生發光斑點，稱為陰極斑。陰極斑包含氘和金屬離子體，經過膨脹擴散由引出電極把離子引出。

放電產生等離子體的電子密度、溫度、離子成分等參數可通過朗繆爾探針、光譜儀以及飛行時間譜來進行診斷，獲得真空弧離子源的性能信息。在真空弧離子源的物理機理研究方面，例如等離子體的擴散速度模型方面，如Davis等人利用能量分子器測量離子動能來驗證勢峰理論模型，發現實驗測量的離子速度偏低，可能原因是受到真空度的影響導致不同電荷態離子速度差異較大，因此對離子擴散能譜進行精確的測量十分重要。對于離子能譜的測量，一是須確保真空腔具備足夠高的真空度，避免離子擴散受到殘余氣體影響；二是該真空弧離子源為微秒級短脈沖，而能譜測量需要在不同能譜分析儀的偏壓值下進行，如何確保不同脈沖下引出離子流的大小、離子成分及比例大致相等，特別是脈沖放電時陰極斑的位置會發生變化，是一大難題。

而現有的測量方法以及實驗裝置均存在差異，得到的離子擴散速度數據存在很大差別，導致測量數據不夠準確。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中存在的測量不準確的問題，目的在于提供一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置，解決上述問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置，包括一個金屬外殼，所述金屬外殼的頂部有一頂部開口，底部有一開口朝向頂部的凹形底部固定筒，凹形底部固定筒的開口處設置有圓環狀的壓環；所述金屬外殼的內部由頂部開口一側向內依次設置有引出電極、柵網、收集極，以及將引出電極、柵網、收集極隔開并固定的多片絕緣限位板，所述多片絕緣限位板之間形成腔體。

進一步地，一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置，所述底部固定筒為外側帶螺紋的圓筒狀結構，通過螺紋擰緊固定到金屬外殼上；所述底部固定筒的底部一側的中心位置有通孔，所述通孔突出至金屬外殼外部。

底部固定筒通過螺紋固定到分析儀外殼上，饋電線從底部固定筒的通孔處通過。本發明分析儀裝置整體近似于全金屬密封結構，能夠最大限度屏蔽外部電磁場的影響(如真空弧離子源脈沖高壓放電時會產生強電磁場)，獲得更加準確的測量結果。

進一步地，一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置，所述引出電極的中心位置有一個錐形開口，頂部開口與引出電極形成等離子體擴散區，在引出電極中心的錐形開口形成離子流發射面。

進一步地，一種微秒級真空弧離子源能譜分析儀裝置，所述金屬外殼的頂部開口的內側剖面為階梯狀結構，引出電極和金屬外殼的頂部開口之間設置有一片絕緣限位板。