[发明专利]一种用于同位素分离系统的静电聚焦和加速系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于同位素分离系统的静电聚焦和加速系统及方法，其特征在于，包括静电聚焦透镜和静电加速管；所述静电聚焦透镜固定设置在真空室内，包括第一地电极、中间电极和第二地电极；所述第一地电极、中间电极和第二地电极依次平行间隔设置，用于对从离子源引出的条形束流通过减加速过程进行聚焦；所述静电加速管固定连接所述真空室的出口，包括加速电极和绝缘陶瓷筒；若干所述加速电极平行间隔设置，且两两所述加速电极之间均通过一所述绝缘陶瓷筒连接，所述加速电极用于匹配聚焦后的束流，对聚焦后的束流进行加速，本发明可以广泛应用于离子源技术领域中。

技术领域

本发明是关于一种用于同位素分离系统的静电聚焦和加速系统，属于离子源技术领域。

背景技术

采用电磁分离法分离生产同位素起源于20世纪30年代末，在上世纪40年代的曼哈顿工程中，电磁分离器被用于大规模生产²³⁵U同位素。继美国后，英国、苏联、法国以及中国均建立了相关的电磁同位素分离装置。

传统的电磁分离器中同位素束流从离子源引出后直接进入分离磁铁进行分离，因此，引出束流能量由离子源引出系统高压决定，一般为几十kV。当离子源引出强流离子束时，束流因为空间电荷效应的影响，具有较大的初始发散角，同时在传输过程中由于空间电荷效应的影响，导致束流包络较大，因此，收集盒处同位素束束流斑较大，造成分离磁铁分辨率下降，进一步导致同位素分离纯度下降，同时，较大的束流包络也需要较大的同位素分离磁铁真空盒尺寸，增加了同位素分离系统的建造成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够增加分离磁铁分辨率且提高同位素分离纯度的用于同位素分离系统的静电聚焦和加速系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于同位素分离系统的静电聚焦和加速系统，包括静电聚焦透镜和静电加速管；

所述静电聚焦透镜固定设置在真空室内，包括第一地电极、中间电极和第二地电极；所述第一地电极、中间电极和第二地电极依次平行间隔设置，用于对从离子源引出的条形束流通过减加速过程进行聚焦；

所述静电加速管固定连接所述真空室的出口，包括加速电极和绝缘陶瓷筒；若干所述加速电极平行间隔设置，且两两所述加速电极之间均通过一所述绝缘陶瓷筒连接，所述加速电极用于匹配聚焦后的束流，对聚焦后的束流进行加速。

进一步地，所述静电聚焦透镜还包括支撑架，所述支撑架的顶部固定连接所述真空室的顶部，所述支撑架上依次平行间隔设置所述第一地电极、中间电极和第二地电极。

进一步地，所述支撑架包括横向支撑杆和竖向支撑杆；

两所述横向支撑杆分别固定连接所述第一地电极、中间电极和第二地电极的直线侧一端，每一所述横向支撑杆的中部均固定连接一所述竖向支撑杆的一端，每一所述竖向支撑杆的另一端均固定连接所述真空室顶部的固定法兰。

进一步地，所述静电加速管还包括屏蔽环，每一所述加速电极的弧形侧两端均设置有所述屏蔽环，所述屏蔽环用于降低离子束对所述绝缘陶瓷筒内壁的轰击。

进一步地，所述第一地电极、中间电极、第二地电极和加速电极均采用椭圆跑道型结构。

进一步地，所述横向支撑杆采用绝缘材料。

进一步地，所述第一地电极和第二地电极具有相同的电势，所述中间电极与所述第一地电极和第二地电极之间具有电势差。

一种用于同位素分离系统的静电聚焦和加速方法，包括以下内容：

1)通过真空泵对真空室抽真空；

2)从离子源引出的条形强流离子束通过离子源引出电极进入真空室；

3)条形强流离子束依次通过真空室内的第一地电极、中间电极和第二地电极进行聚焦；