[发明专利]一种混合超导ECR离子源装置

说明书

本发明涉及一种混合超导ECR离子源装置，包括：等离子体放电室以及固定安装在所述等离子体放电室外侧的注入系统、磁体系统和束流引出系统；所述注入系统与所述等离子体放电室的注入端密封连接，用于向所述等离子体放电室内提供微波功率和被电离材料；所述磁体系统包括依次套设在所述等离子体放电室外侧的多极永磁体和超导线圈磁体，所述超导线圈磁体用于形成轴向磁镜场，所述多极永磁体用于形成径向磁镜场；所述束流引出系统密封连接在所述等离子体放电室的引出端，用于将形成的高电荷的离子体束流引出。

技术领域

本发明涉及一种加速器领域，尤其涉及一种混合超导ECR离子源装置。

背景技术

ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子源是利用电子在磁场中回旋频率与馈入微波频率相等发生共振，获得能量的电子通过逐级碰撞电离产生高电荷态离子，然后引出多种电荷态离子束。

约束磁场的强度和馈入微波频率决定了ECR离子源产生强流高电荷态离子束的性能，约束磁场由轴向磁镜场和径向多极磁场叠加而成，第一代ECR离子源运行微波频率10GHz以下，第二代运行微波频率10GHz-18GHz，第三代运行微波频率18GHz-28GHz，第四代运行微波频率28GHz以上。目前高性能的室温ECR离子源运行微波频率为18GHz，轴向磁镜场峰值仅能达到2.6T，线圈消耗的电功率约200kW；全超导ECR离子源可运行在18GHz以上的微波频率，集成超导多极线圈后结构复杂且制造难度大、周期长、造价高，运行过程中内部结构存在任何一点微小滑动都会引起失超。室温ECR离子源消耗功率高且性能无法达到全超导ECR离子源，全超导ECR离子源性能高但是制造运行维护风险高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种混合超导ECR离子源装置，能在18GHz-24GHz频率下运行，离子源装置结构稳定可靠，且易于操作维护、造价成本低、运行功耗低的结构紧凑型混合超导ECR离子源，能产生He-U的强流高电荷态离子束。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种混合超导ECR离子源装置，包括：等离子体放电室以及固定安装在所述等离子体放电室外侧的注入系统、磁体系统和束流引出系统；

所述注入系统与所述等离子体放电室的注入端密封连接，用于向所述等离子体放电室内提供微波功率和被电离材料；

所述磁体系统包括依次套设在所述等离子体放电室外侧的多极永磁体和超导线圈磁体，所述超导线圈磁体用于形成轴向磁镜场，所述多极永磁体用于形成径向磁镜场；

所述束流引出系统密封连接在所述等离子体放电室的引出端，用于将形成的高电荷的离子体束流引出。

进一步的，所述磁体系统还包括套设在所述多极永磁体外侧的磁体有机绝缘罩，所述超导线圈磁体固定安装在所述有机绝缘罩的外侧。

进一步的，所述超导线圈磁体包括安装骨架以及沿着轴向方向间隔安装在所述安装骨架上的四组超导线圈，所述超导线圈磁体的注入端线圈用于形成最高注入磁场B_inj，所述超导线圈磁体的引出端用于形成最高引出磁场B_ext，所述注入端和引出端安装有两组中间线圈，两组所述中间线圈用于调节中间最低磁场B_min。

进一步的，所述轴向磁镜场峰值能达到3.4T，多极永磁体径向磁场能达到1.4T以上。

进一步的，还包括制冷机和绝热杜瓦容器，所述制冷机固定安装在所述超导线圈的外侧，所述杜瓦容器套设在所述制冷机和超导线圈磁体的外侧，所述制冷机和绝热杜瓦容器用于为所述超导线圈提供低温环境。

进一步的，所述磁体系统还包括超导线圈外侧的软铁，所述软铁安装在四组超导线圈的外侧。

进一步的，所述杜瓦容器内低温环境可采用传导冷却或液氦浸泡式。