[发明专利]一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源

说明书

本发明提供了一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源，包括：钼骨架、多孔基板、钨铼丝金属网；所述的钼骨架为圆桶形，包括顶部和环形外壁；所述钼骨架顶部设置有开槽，用于放置多孔基板，所述多孔基板采用钼粉和氧化铝粉末压制烧结而成；在钼骨架顶部凹槽周围设置有环形台阶，环形台阶上设置有多个开孔，钨铼丝多次穿过所述开孔编织成网状结构，锂霞石与去离子水混合物均匀涂在多孔基板结构表面并覆盖钨铼丝网，编织钨铼丝网与锂霞石涂层在真空环境下一同烧结，得到发射涂层，编织钨铼丝网与锂霞石涂层形成了类似钢筋混凝土结构，形成整体结构。本发明加强了发射材料与整体结构附着强度，提高了锂离子源的发射能力和使用寿命。

技术领域

本发明涉及EAST托卡马克装置上锂离子加速器，具体是一种适用于锂加速器的高束流密度、长寿命的锂离子源。

背景技术

无干扰获得边界等离子体密度、电流分布是研究等离子体不可或缺的重要物理量。国际上普遍使用高能锂中性束无干扰定点测量等离子体电子密度。而目前使用的锂离子源受限于基板材料，发射材料厚度，发射材料涂层和基板的结合力度影响，发射涂层经常出现龟裂、剥离等问题。为避免这些问题，往往都是通过减少涂层厚度，降低电流发射能力来实现。较薄的发射涂层导致离子源工作寿命较短，束流发射不理想，大大增加了系统维护时间。较弱的电流发射同时会给边界电子密度、电流分布带来较大的测量误差。

因此，高束流密度、长寿命锂离子源是降低利用锂中性束测量边界电子密度测量误差的理想解决方案。这就要求锂离子源在高温下发射涂层与基板之间不发生龟裂现象，高电压工作下涂层不会与基板剥离，且涂层厚度要显著提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于加速器的锂离子源制作方法，以实现锂离子源的高束流密度发射，长寿命，高电压下的工作能力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源，包括：钼骨架、多孔基板、钨铼丝金属网；所述的钼骨架为圆桶形，包括顶部和环形外壁；所述钼骨架顶部设置有开槽，用于放置多孔基板，所述多孔基板采用钼粉和氧化铝粉末压制烧结而成；在钼骨架顶部凹槽周围设置有环形台阶，环形台阶上设置有多个开孔，钨铼丝多次穿过所述开孔编织成网状结构，锂霞石与去离子水混合物均匀涂在多孔基板结构表面并覆盖钨铼丝网，编织钨铼丝网与锂霞石涂层在真空环境下一同烧结，得到发射涂层，编织钨铼丝网与锂霞石涂层形成了类似钢筋混凝土结构，形成整体结构。

进一步的，所述多孔钼粉与氧化铝压制成多孔结构基板，其热膨胀系数与钼骨架和锂霞石接近，不会因为在高温下膨胀发生涂层龟裂，所述高温范围为1350-1450摄氏度。

进一步的，所述利用骨架编织钨铼丝金属网，涂层与金属网形成类似于钢筋混凝土结构，防止高电压下涂层在静电力作用下剥离。

进一步的，所述多孔基板和钨铼丝金属网共同作用下，增加涂层厚度，延长离子源工作寿命。

进一步的，所述多孔基板是采用质量比75％钼粉和25％高纯氧化铝粉末混合物注入到钼骨架顶部凹腔中，在10T/cm²压力下将混合粉末压入顶部凹腔中，压制形成多孔结构的多孔基板。

进一步的，所述压制后多孔基板厚度为凹腔深度的一半；将钼骨架和多孔基板在真空环境下，缓慢加热至1600摄氏度，维持此温度6小时以上，然后缓慢降温至室温，钼骨架与多孔基板烧结在一起。

有益效果：

1、本发明将耐高温且坚固的圆柱形钼骨架在顶端开出凹槽，将钼粉与氧化铝粉末压制成多孔结构基板并在高温下烧结，形成一体结构。在钼骨架顶部台阶一周开孔，一定数量的小孔可以让钨铼丝多次穿过，织成网状结构，钨铼丝在高温工作后仍具有很好的柔韧性，不会碎裂。高纯锂霞石与去离子水混合物均匀涂在多孔基板结构表面并覆盖钨铼丝网，在高温、真空环境下再次烧结，多孔基板粗糙的表面与锂霞石涂层有很好的贴合度，钨铼丝网与锂霞石涂层形成了类似钢筋混凝土结构，形成整体结构。