[發明專利]一種適用于加速器的穩態高束流密度長壽命鋰離子源

有效

• 申請號: 202011483692.1
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112616233B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 胡廣海;邵林明;陳良;王一豐;陳冉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明提供了一種適用于加速器的穩態高束流密度長壽命鋰離子源，包括：鉬骨架、多孔基板、鎢錸絲金屬網；所述的鉬骨架為圓桶形，包括頂部和環形外壁；所述鉬骨架頂部設置有開槽，用于放置多孔基板，所述多孔基板采用鉬粉和氧化鋁粉末壓制燒結而成；在鉬骨架頂部凹槽周圍設置有環形臺階，環形臺階上設置有多個開孔，鎢錸絲多次穿過所述開孔編織成網狀結構，鋰霞石與去離子水混合物均勻涂在多孔基板結構表面并覆蓋鎢錸絲網，編織鎢錸絲網與鋰霞石涂層在真空環境下一同燒結，得到發射涂層，編織鎢錸絲網與鋰霞石涂層形成了類似鋼筋混凝土結構，形成整體結構。本發明加強了發射材料與整體結構附著強度，提高了鋰離子源的發射能力和使用壽命。

技術領域

本發明涉及EAST托卡馬克裝置上鋰離子加速器，具體是一種適用于鋰加速器的高束流密度、長壽命的鋰離子源。

背景技術

無干擾獲得邊界等離子體密度、電流分布是研究等離子體不可或缺的重要物理量。國際上普遍使用高能鋰中性束無干擾定點測量等離子體電子密度。而目前使用的鋰離子源受限于基板材料，發射材料厚度，發射材料涂層和基板的結合力度影響，發射涂層經常出現龜裂、剝離等問題。為避免這些問題，往往都是通過減少涂層厚度，降低電流發射能力來實現。較薄的發射涂層導致離子源工作壽命較短，束流發射不理想，大大增加了系統維護時間。較弱的電流發射同時會給邊界電子密度、電流分布帶來較大的測量誤差。

因此，高束流密度、長壽命鋰離子源是降低利用鋰中性束測量邊界電子密度測量誤差的理想解決方案。這就要求鋰離子源在高溫下發射涂層與基板之間不發生龜裂現象，高電壓工作下涂層不會與基板剝離，且涂層厚度要顯著提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于加速器的鋰離子源制作方法，以實現鋰離子源的高束流密度發射，長壽命，高電壓下的工作能力。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種適用于加速器的穩態高束流密度長壽命鋰離子源，包括：鉬骨架、多孔基板、鎢錸絲金屬網；所述的鉬骨架為圓桶形，包括頂部和環形外壁；所述鉬骨架頂部設置有開槽，用于放置多孔基板，所述多孔基板采用鉬粉和氧化鋁粉末壓制燒結而成；在鉬骨架頂部凹槽周圍設置有環形臺階，環形臺階上設置有多個開孔，鎢錸絲多次穿過所述開孔編織成網狀結構，鋰霞石與去離子水混合物均勻涂在多孔基板結構表面并覆蓋鎢錸絲網，編織鎢錸絲網與鋰霞石涂層在真空環境下一同燒結，得到發射涂層，編織鎢錸絲網與鋰霞石涂層形成了類似鋼筋混凝土結構，形成整體結構。

進一步的，所述多孔鉬粉與氧化鋁壓制成多孔結構基板，其熱膨脹系數與鉬骨架和鋰霞石接近，不會因為在高溫下膨脹發生涂層龜裂，所述高溫范圍為1350-1450攝氏度。

進一步的，所述利用骨架編織鎢錸絲金屬網，涂層與金屬網形成類似于鋼筋混凝土結構，防止高電壓下涂層在靜電力作用下剝離。

進一步的，所述多孔基板和鎢錸絲金屬網共同作用下，增加涂層厚度，延長離子源工作壽命。

進一步的，所述多孔基板是采用質量比75％鉬粉和25％高純氧化鋁粉末混合物注入到鉬骨架頂部凹腔中，在10T/cm²壓力下將混合粉末壓入頂部凹腔中，壓制形成多孔結構的多孔基板。

進一步的，所述壓制后多孔基板厚度為凹腔深度的一半；將鉬骨架和多孔基板在真空環境下，緩慢加熱至1600攝氏度，維持此溫度6小時以上，然后緩慢降溫至室溫，鉬骨架與多孔基板燒結在一起。

有益效果：

1、本發明將耐高溫且堅固的圓柱形鉬骨架在頂端開出凹槽，將鉬粉與氧化鋁粉末壓制成多孔結構基板并在高溫下燒結，形成一體結構。在鉬骨架頂部臺階一周開孔，一定數量的小孔可以讓鎢錸絲多次穿過，織成網狀結構，鎢錸絲在高溫工作后仍具有很好的柔韌性，不會碎裂。高純鋰霞石與去離子水混合物均勻涂在多孔基板結構表面并覆蓋鎢錸絲網，在高溫、真空環境下再次燒結，多孔基板粗糙的表面與鋰霞石涂層有很好的貼合度，鎢錸絲網與鋰霞石涂層形成了類似鋼筋混凝土結構，形成整體結構。