[实用新型]新型ECR源六极永磁场场型

说明书

本实用新型涉及一种新型ECR源六极永磁场场型。

高电荷态ECR(电子回旋共振)离子源的工作原理是：微波从注入端进入离子源的腔体中，该腔体是真空系统的一部分；当工作气体进入后，微波将其游离成等离子体；由于微波和磁场的相互作用，使在磁场的特定地方产生电子回旋共振，从而可将等离子体中电子加速至很高能量，然后通过逐级游离使等离子体中的离子加速至很高能量，然后通过逐级游离使等离子体中的离子加速至高电荷态。另由离子源的线包形成的轴向磁镜场和六极永磁体形成的六极永磁场迭加形成磁约束，该合成磁场的强度在腔体中央有最小值，在该最小磁场强度附近，等离子体自动保持最高的密度，等离子体中的离子最终从离子源的等离子体电极上的引出孔被引出。由于离子源具有可长期稳定工作、无使用寿命限制，且是目前可提供最强高电荷态离子流的工具，因而被大量应用于重离子加速器，且在其他类型的加速器上应用也呈增长趋势。这主要是由于随着被加速离子电荷态的提高，离子最终被加速的能量可以成平方地增加(离子能量W-Z²，其中W是离子被加速能量，Z是离子的电荷态数)；因而对于如被加速的离子能量相同时，用带Z个电荷的离子被加速时(如用直线加速器加速)，可使直线加速器的加速电压降低Z倍，因而可明显降低加速器运行成本。因此，目前除加速器用外，现在新兴的高离化态原子分子物理实验条件也只有ECR离子源才能提供。另在工农业等领域需要ECR源的趋势也日渐兴起，特别是在国际上这种源已用于材料表面改性、半导体掺渣等应用领域。国际上ECR源作为产生气体高电荷态离子的工具，通过增强源的磁约束或提高源所用微波频率的方法，已使加速器对气体高电荷态离子的需要得以满足。但对于采用ECR源产生高电荷态固体离子的状况则远不如气体离子那样令人满意。这主要是由于固体元素，尤其是原子质量数(M)较大的元素，例如Ta、U等，随着质量M的增加，离子引出效率如公式：式中J是被引出离子流的密度，Jz是电荷态为Z的离子流引出密度，K是常数，M是原子质量单位数，Z是离子所带电荷数；可见对于重离子，由于M较大，被引出能力则较小。而目前急需的，有实用价值(即束流大到最终可以使用)的固体离子，是中等电荷态离子。如何提高中等电荷态离子束流强度、品质、稳定性，而无需增大制造成本和运行费用则是国际上普遍关注的课题。德国有一台ECR源，其工作方式是将ECR源引出端进行磁场脉冲式调制，使其瞬间下降，这样可将在源内已积累起来的离子瞬间多引出些；这种工作方式只能使瞬间束流强度增强。

本实用新型的目的是为了提供一种通过改变六极永磁体的形状使ECR源的磁镜场最小值的位置移近电极引出端从而来提供中等电荷态离子束流强度的新型ECR源六极永磁场场型。

本实用新型的目的可通过如下措施来实现：

一种新型ECR源六极永磁场场型的注入端永磁体外壳为黄铜，其引出端永磁体外壳为软铁；引出端永磁体外壳的最大内径大于注入端永磁体外壳的外径；且引出端永磁体外壳内表面呈径向对称的内六齿型，对应的永磁体则呈径向对称的外六齿型。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1、本实用新型的外壳由两种材料制成，在靠近注入端的一半是黄铜材料，而在引出端一半是软铁材料，并且引出端内径大于注入端的外径；这种场型结构可使其磁场与线包磁场形成的磁镜场的最小值外移1-2.5厘米更靠近引出端，同时可适当加宽ECR区的轴向长度，从而使电极更接近离子密度较高处，使被引出的离子束流增加，如Ar⁸⁺可从传统的320eμA的流强提高至430eμA。

2、本实用新型在引出端内填充的永磁体比传统场型多，从而可使六极永磁体的磁场沿轴向的分布在ECR区有较大的值，其最大磁感应强度可达7.5KG，而该强磁场正处于ECR区，使其可约束Bmln附近更多的等离子体。

3、本实用新型在不需增加源成本的情况下，可增强束流强度，从而可降低加速器的运行成本，具有普遍的推广意义。

本实用新型的具体结构由以下附图给出

图1是本实用新型的结构示意图

1—注入端永磁体外壳2—引出端永磁体外壳3—永磁体

图2是本实用新型的A-A剖视图

图3是本实用新型的B-B剖视图

图4是本实用新型与传统磁场场型的轴向磁场沿轴分布比较曲线图；图中虚线表示传统磁场场型的轴向磁场沿轴分布曲线；实线表示本实用新型的轴向磁场沿轴分布曲线。

本实用新型还将结合附图1、2、3实施例作进一步详述：