[发明专利]一种负氢离子的生成装置及方法

说明书

本发明公开一种负氢离子的生成装置及方法。装置包括：一个扩散腔室，所述扩散腔室下部设置有出气口，所述扩散腔室上部设置有多个放电腔室，每个所述放电腔室上设置有进气口，每个所述放电腔室的外部缠绕有射频线圈，用于射频信号的输入。采用本发明的装置或方法，利用脉冲信号调节射频信号获得脉冲调制射频信号，使多个腔室脉冲放电的优势相互补充，在扩散腔室中获得连续稳定的高密度负氢离子。

技术领域

本发明涉及等离子体领域，特别是涉及一种负氢离子的生成装置及方法。

背景技术

负氢离子源是磁约束聚变中高功率中性束注入器(NBI)，散裂中子源和强流质子加速器的关键设备。负氢离子源作为以上大科学装置的源头设备，其发展水平很大程度上决定了这些大科学装置的性能。近年来，许多重大应用领域和基础研究领域的发展需求，对负氢离子束的强度和束流功率提出了更高的要求和挑战，例如，针对下一代磁约束聚变装置DEMO的NBI提出7200s的34A负氢离子束流要求，核能材料需要基于兆瓦量级质子(或氘)束流的中子源来模拟强辐照环境，ADS嬗变核废料需要10至20MW的强流质子束等。可以说，强流高密度高占空比负氢离子源，特别是连续工作模式的强流、高密度负氢离子源，是未来科学技术对负氢离子源的新需求和更高挑战，代表着负氢离子源进一步发展的方向。如何进一步提高当前负氢离子源的性能成为负氢离子源进一步发展所需要解决的关键科学和技术问题。

在负氢离子源发展过程中，负氢离子源的持续运行时间、运行期间稳定性、较高的负氢离子束流和束流密度是其发展的关键因素。虽然碱金属(主要是铯)的辅助会较显著地提高离子流强(>100mAcm-2)，但是镀铯的腔室表面或者铯蒸汽的加入会明显缩短负氢离子源的使用寿命，同时碱金属的使用会带来一定的危险。此外，基于体产生机制设计的灯丝放电中，浸没在等离子体中的灯丝受到离子溅射逐渐变细，从而导致离子源连续运行时间较短，并且会影响负氢离子密度的稳定性。本文提出了将射频线圈置于放电腔室外部的射频放电方案，解决了现有技术中不能安全且长时间生成连续高密度、高性能负氢离子的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种负氢离子的生成装置及方法，用来解决现有装置不能安全且长时间生成连续高密度、高性能负氢离子的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种负氢离子的生成装置，所述负氢离子的生成装置包括：一个扩散腔室，所述扩散腔室下部设置有出气口，所述扩散腔室上部设置有多个放电腔室，每个所述放电腔室上设置有进气口，每个所述放电腔室的外部缠绕有射频线圈，所述射频线圈的数量与所述放电腔室的数量相同，第i个所述射频线圈缠绕在第i个所述放电腔室的外部，i∈{2,3,...,n}，n为所述射频线圈和所述放电腔室的数量，n>1。

可选的，所述负氢离子的生成装置还包括射频信号单元和脉冲控制信号单元，所述脉冲控制信号单元用于调节所述射频信号单元中各射频信号的相位。

可选的，所述放电腔室为石英或者陶瓷材质。

可选的，所述扩散腔室为不锈钢材质或铝材质。

可选的，所述放电腔室与所述扩散腔室通过高真空密封连接。

可选的，所述出气口对称分布在所述扩散腔室底部。

可选的，所述进气口与流量计连接。

可选的，所述扩散腔室还设置有气体检测接口，所述气体检测接口与所述扩散腔室通过高真空密封连接。

本发明还提供了一种负氢离子的生成方法，所述方法应用上述负氢离子的生成装置，所述生成方法包括：

利用脉冲信号来调节射频信号生成脉冲调制射频信号，将所述脉冲调制射频信号输入到所述射频线圈单元；所述脉冲调制射频信号满足条件：