[发明专利]带有导流挡板的磁屏蔽霍尔离子源及其电离方法

说明书

本发明涉及一种带有导流挡板的磁屏蔽霍尔离子源及其电离方法，其中磁屏蔽霍尔离子源包括电磁铁、设有电离通道的导磁管体、阳极、阴极、气体工质导管和电源，电离通道的底端封堵，另一端为带有扩口设置的开口端，阳极设置在电离通道的底端，阴极远离阳极并设置在电离通道的开口端外侧，在电离通道的周向内壁面上设置导流挡板。本发明通过在霍尔离子源的电离通道内壁面上的近阳极区和电离区交界处设置导流挡板，使得通道壁面附近的中性工质能够向电子密度较高的通道中心区域聚集，减少气体工质通过近壁面区域未经充分的电离便流出通道的情况。本发明的电离方法通过选择最优的导流挡板的设置，提高了电离效率。

技术领域

本发明涉及离子源领域，尤其涉及一种带有导流挡板的磁屏蔽霍尔离子源及其电离方法。

背景技术

霍尔离子源因其具有结构简单、离子能量适中，离子密度大广泛应用于各种工业加工中，霍尔离子源工作过程中所产生的高能离子和放电通道壁面进行碰撞所造成的侵蚀作用是目前制约离子源寿命的主要问题，为了提高会霍尔离子源工作寿命，可以采用磁屏蔽技术。如图1所示，已研发的霍尔离子源包括导磁管体1、电离通道2和阳极3，图未示的阴极设置为与电离通道2开口端外侧的位置，并与阳极3相对设置；图未示的电磁铁一般设置在导磁管体1的左侧，或这与导体管体一体化设置；图未示的电源一般设置为直流电源，且与阳极、阴极、电磁铁分别连接，或每个阳极、阴极以及电磁铁设置独立电源，电源输出功率或电流大小可调。为了达到磁屏蔽效果，在电离通道2 的内表面上设置一层磁屏蔽层。

这种技术下的磁场设计与传统离子源的磁场设计不同，通道壁面附近的磁力线近似和放电通道壁面平行，一方面可以在这里形成轴向电场，使得中性气体电离的离子远离壁面运动，另一方面可以在这里形成较低的电势降，较少鞘层对离子的加速作用，从而提高离子源寿命。但是由于采用了磁屏蔽技术，离子源壁面附近磁场强度通常较低，对电子束缚能力较弱，使得该处的电子密度较低，通道内壁面附近的大部分中性气体未经和电子发生碰撞电离而流出，从而导致放电通道内的中性气体电离效率较低。这不但使得磁屏蔽离子源的工作性能相对较低，而且造成了工质气体的浪费。

公开于该背景技术部分的信息仅仅指在增加对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种带有导流挡板的磁屏蔽霍尔离子源及其电离方法。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种带有导流挡板的磁屏蔽霍尔离子源，包括电磁铁、设有电离通道的导磁管体、阳极、阴极、气体工质导管和电源。所述电离通道的底端封堵，所述电离通道的另一端为带有扩口设置的开口端，所述阳极设置在所述电离通道的底端，所述阴极远离所述阳极并设置在所述电离通道的开口端外侧，所述电离通道的周向内壁面上设置有至少一个导流挡板以使气体工质向电离通道的中心区域聚集。

优选的，所述导流挡板布置在所述电离通道的周向内壁面上近阳极区和电离区交界处。

优选的，所述导流挡板的一端与所述电离通道的内壁面连接，所述导流挡板的另一端与所述内壁面呈夹角α设置。

优选的，所述电离通道的开口端的扩口的内壁面为锥形面或弧形面，优选为锥形面。

优选的，所述导流挡板的另一端朝向所述阳极倾斜设置，且夹角α的范围为20°≤α≤60°。

优选的，夹角α为30°或45°。

优选的，所述导流挡板的数量不少于三个，导流挡板长度相同，导流挡板之间的间距相同。

优选的，导流挡板的长度为10mm，导流挡板之间的间距为2mm。

优选的，所述导流挡板的数量不少于三个，导流挡板之间的间距从所述阳极朝向阴极的方向逐渐变大或逐渐变小。