[发明专利]一种提高ECR离子源中氢分子离子比例系统及其方法

权利要求书

1.一种提高氢分子离子比例的电子回旋共振离子源系统，其特征在于，所述电子回旋共振离子源系统包括：微波系统、进气口、微波窗、放电室、磁体、放电室内衬、等离子体电极、束流引出系统和水冷循环部件；其中，所述放电室的内部为真空密封的圆柱形的腔体；在放电室的侧壁上设置有水冷循环部件；在放电室的前端设置微波窗口；所述微波系统通过微波窗口连接放电室；在放电室的外壁上设置磁体；在放电室的侧壁上设置进气口；在放电室的尾部设置等离子体电极；等离子体电极的中间形成引出口；放电室的尾部对接束流引出系统；放电室内衬套装在放电室内，放电室内衬的外径等于放电室的内径，放电室内衬的材料采用高复合系数材料；通过进气口向放电室中通入纯氢气；微波系统将微波通过微波窗传输至放电室内；磁体提供轴向共振场；微波与放电室中的氢气作用产生等离子体，同时，氢原子在放电室内衬的高复合系数材料表面发生复合作用H+H+w→H₂，形成大量氢分子，使得放电室内的氢分子含量升高，等离子体中氢原子含量减少，从而使得H⁺比例降低，H₂⁺离子比例升高；等离子体在产生后，在等离子体电极上加高压，通过束流引出系统引出形成H₂⁺离子束流，其中w为放电室内衬的高复合系数材料；所述放电室内衬的高复合系数材料采用钽、钼、不锈钢或者铜。

2.如权利要求1所述的电子回旋共振离子源系统，其特征在于，所述放电室的材料采用性质稳定的金属；所述放电室的内径在30mm～80mm之间；长度在35～60mm之间。

3.如权利要求1所述的电子回旋共振离子源系统，其特征在于，所述放电室内衬的内径在30～60mm之间。

4.如权利要求1所述的电子回旋共振离子源系统，其特征在于，所述放电室内衬为圆筒形，或者放电室内衬覆盖放电室内的侧壁和两个端面。

5.如权利要求1所述的电子回旋共振离子源系统，其特征在于，在放电室内衬的表面设置有凸起的图案。

6.如权利要求1所述的电子回旋共振离子源系统，其特征在于，所述放电室内气压的范围为0.5Pa～10Pa之间；微波功率范围在800W～3000W之间；微波功率信号重复频率在10～500Hz，占空比为1％～100％。

7.一种提高电子回旋共振离子源中氢分子离子比例方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)通过进气口向放电室中通入纯氢气；

2)微波系统将微波通过微波窗传输至放电室内；

3)磁体提供轴向共振场；

4)微波与放电室中的氢气作用产生等离子体，同时，氢原子在放电室内衬的高复合系数材料表面发生复合作用H+H+w→H₂，形成大量氢分子，使得放电室内的氢分子含量升高，等离子体中氢原子含量减少，从而使得H⁺比例降低，H₂⁺离子比例升高，其中w为放电室内衬的高复合系数材料；

5)等离子体在产生后，在等离子体电极上加高压，通过束流引出系统引出形成H₂⁺离子束流；

其中，所述放电室内衬的高复合系数材料采用钽、钼、不锈钢或者铜。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，放电室内衬采用钽，提高H₂⁺离子比例。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，放电室内气压的范围为0.5Pa～10Pa之间；微波功率范围在800W～3000W之间；微波功率信号重复频率在10～500Hz，占空比为1％～100％。