[發明專利]一種用于同位素分離系統的靜電聚焦和加速系統及方法

有效

• 申請號: 202011395358.0
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112516797B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 孫良亭;劉玉國;武啟;劉建立;陳沁聞
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: B01D59/38
• 分類號: B01D59/38
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王胥慧

本發明涉及一種用于同位素分離系統的靜電聚焦和加速系統及方法，其特征在于，包括靜電聚焦透鏡和靜電加速管；所述靜電聚焦透鏡固定設置在真空室內，包括第一地電極、中間電極和第二地電極；所述第一地電極、中間電極和第二地電極依次平行間隔設置，用于對從離子源引出的條形束流通過減加速過程進行聚焦；所述靜電加速管固定連接所述真空室的出口，包括加速電極和絕緣陶瓷筒；若干所述加速電極平行間隔設置，且兩兩所述加速電極之間均通過一所述絕緣陶瓷筒連接，所述加速電極用于匹配聚焦后的束流，對聚焦后的束流進行加速，本發明可以廣泛應用于離子源技術領域中。

技術領域

本發明是關于一種用于同位素分離系統的靜電聚焦和加速系統，屬于離子源技術領域。

背景技術

采用電磁分離法分離生產同位素起源于20世紀30年代末，在上世紀40年代的曼哈頓工程中，電磁分離器被用于大規模生產²³⁵U同位素。繼美國后，英國、蘇聯、法國以及中國均建立了相關的電磁同位素分離裝置。

傳統的電磁分離器中同位素束流從離子源引出后直接進入分離磁鐵進行分離，因此，引出束流能量由離子源引出系統高壓決定，一般為幾十kV。當離子源引出強流離子束時，束流因為空間電荷效應的影響，具有較大的初始發散角，同時在傳輸過程中由于空間電荷效應的影響，導致束流包絡較大，因此，收集盒處同位素束束流斑較大，造成分離磁鐵分辨率下降，進一步導致同位素分離純度下降，同時，較大的束流包絡也需要較大的同位素分離磁鐵真空盒尺寸，增加了同位素分離系統的建造成本。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠增加分離磁鐵分辨率且提高同位素分離純度的用于同位素分離系統的靜電聚焦和加速系統。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種用于同位素分離系統的靜電聚焦和加速系統，包括靜電聚焦透鏡和靜電加速管；

所述靜電聚焦透鏡固定設置在真空室內，包括第一地電極、中間電極和第二地電極；所述第一地電極、中間電極和第二地電極依次平行間隔設置，用于對從離子源引出的條形束流通過減加速過程進行聚焦；

所述靜電加速管固定連接所述真空室的出口，包括加速電極和絕緣陶瓷筒；若干所述加速電極平行間隔設置，且兩兩所述加速電極之間均通過一所述絕緣陶瓷筒連接，所述加速電極用于匹配聚焦后的束流，對聚焦后的束流進行加速。

進一步地，所述靜電聚焦透鏡還包括支撐架，所述支撐架的頂部固定連接所述真空室的頂部，所述支撐架上依次平行間隔設置所述第一地電極、中間電極和第二地電極。

進一步地，所述支撐架包括橫向支撐桿和豎向支撐桿；

兩所述橫向支撐桿分別固定連接所述第一地電極、中間電極和第二地電極的直線側一端，每一所述橫向支撐桿的中部均固定連接一所述豎向支撐桿的一端，每一所述豎向支撐桿的另一端均固定連接所述真空室頂部的固定法蘭。

進一步地，所述靜電加速管還包括屏蔽環，每一所述加速電極的弧形側兩端均設置有所述屏蔽環，所述屏蔽環用于降低離子束對所述絕緣陶瓷筒內壁的轟擊。

進一步地，所述第一地電極、中間電極、第二地電極和加速電極均采用橢圓跑道型結構。

進一步地，所述橫向支撐桿采用絕緣材料。

進一步地，所述第一地電極和第二地電極具有相同的電勢，所述中間電極與所述第一地電極和第二地電極之間具有電勢差。

一種用于同位素分離系統的靜電聚焦和加速方法，包括以下內容：

1)通過真空泵對真空室抽真空；

2)從離子源引出的條形強流離子束通過離子源引出電極進入真空室；

3)條形強流離子束依次通過真空室內的第一地電極、中間電極和第二地電極進行聚焦；