[实用新型]一种同位素电磁分离器用离子源的气化放电装置

说明书

技术领域

本实用新型属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种同位素电磁分离器用离子源的气化放电装置。

背景技术

电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，电磁分离法是利用能量相同、质量不同的离子在横向磁场中旋转半径不同实现同位素分离的。同位素电磁分离器就是采用电磁分离方法分离得到同位素的设备。待分离的离子束从同位素电磁分离器的离子源中射出，经同位素电磁分离器中的磁场分离，再被接收装置接收，完成同位素的分离工作。

电磁分离方法是获得星载铷钟所需的高丰度的铷同位素、微型镍电池核心材料高丰度的62Ni、高精度碱金属磁力仪核心材料高丰度K等同位素唯一可行的方法,离子源是同位素电磁分离器中的重要部件，用于产生离子束。根据实际应用中流强的大小与离子种类等要求，离子源具有不同的结构。在同位素电磁分离器上我们要求离子束有较强的流强，而且要求元素种类较多。强流离子源往往是等离子体型离子源，通过气体放电产生高浓度的离子。目前，该类型的离子源有空心阴极离子源、电子回旋共振离子源、Nielsen离子源、Calutron离子源、Freeman离子源等。对于180°同位素电磁分离器，离子源必须放置在磁场中。其中磁力线与离子束引出方向垂直，并且要求能散度低。综合这些考虑，只有Calutron离子源比较适合180°同位素电磁分离器。一直以来，同位素电磁分离器使用的离子源为Calutron型，早期用于分离铀235，后用于分离其他同位素。

Calutron型离子源能产生大部分元素的离子，束流大，聚焦好，能在强电磁场、高真空、高温度、带电离子轰击和腐蚀气体包围下，可靠长期进行。美国与俄罗斯是电磁同位素分离大国，最早使用电磁分离法分离同位素，因此，他们所使用的电磁分离器型离子源代表了先进的水平。

我们自行设计制造的同位素电磁分离器用离子源在结构上与美国和俄罗斯的离子源也有所不同，本实用新型中的离子源用于强流离子束的产生。在Calutron离子源中，坩埚和弧放电室是离子源的气化放电装置，固态原料在坩埚中被加热气化成饱和蒸汽，通过分配板后进入到弧放电室，被电子束电离成等离子状态并引出形成离子束。

离子源设置在同位素电磁分离器的真空室中，在离子源的工作中，气化放电装置的气密性是非常重要的一个特性。当气密性不好时，往往会造成很多问题。首先，气密性差会造成离子源内局部真空度下降，严重时可比真空室内低10-100倍。伴随的现象是出现打火与暗电流。打火现象与暗电流对离子源的性能及束流品质有不可忽视的影响。其次，气密性的好坏直接影响离子源的流强。Calutron离子源提高流强的办法主要是增加供气量使放电更加充分。如果离子源气密性不好，增加供气量对提高流强的作用会被大大减弱。再次，气密性差将大大增加离子源、真空室的污染程度，增加离子源与真空室的清洗频率，提高成本。并且，离子源的原料贵重，较差的气密性将造成较大的浪费及相关成本的升高。早期的同位素电磁分离器上，所采用的传统的坩埚与弧放电室之间通过一个转接头连接，如图10所示。传统的弧放电室采用的是扣式结构。实践发现，传统的坩埚与弧放电室的连接方式以及弧放电室的扣式结构对离子源的气密性有影响。传统的坩埚与弧放电室的转接头口径小，而内螺纹口径大。较小的转接头口径使得供气有明显的气阻，而较大的内螺纹口径具有较大的漏气缝隙。传统的弧放电室(扣式弧室)是两部分组成，长时间工作下，弧放电室受热不均匀等问题造成弧放电室膨胀不一，出现缝隙降低离子源的气密性。这些问题导致了离子源内的暗电流的增加、影响了工作物质的蒸汽密度、浪费了昂贵的离子源原料，同时导致离子源受污染程度上升，清洗频率增加，增加了使用成本。

针对上述问题，有必要设计气密性更好的离子源用气化放电装置，提高同位素电磁分离器的工作效率。

实用新型内容

针对早期的同位素电磁分离器的离子源所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种用于离子源的、气密性好、并能保证离子源(Calutron型)长期稳定运行的气化放电装置，实现同位素电磁分离器的同位素的稳定分离，保证同位素的丰度。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是一种同位素电磁分离器用离子源的气化放电装置，设置在同位素电磁分离器的离子源上，其中，包括弧放电室及与所述弧放电室后部相连的坩埚，设置在所述弧放电室顶部的阴极和灯丝，所述弧放电室、坩埚直接密封连接。