本實用新型涉及一種孔形水冷電極引出系統(tǒng)負氫離子源的裝置。

背景技術(shù)：

離子源是使中性原子或分子電離，并從中引出離子束流的裝置。它是各種類型的離子加速器、質(zhì)譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機、離子束刻蝕裝置、離子推進器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等設(shè)備的不可缺少的部件。負氫離子源是一種能夠產(chǎn)生負氫離子束流的裝置，目前主要應(yīng)用在中性束注入器上為其提供>180keV的高能束流，高能束流注入受控聚變裝置為等離子體加熱從而達到聚變溫度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種孔形水冷電極引出系統(tǒng)負氫離子源的裝置。

本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種孔形水冷電極引出系統(tǒng)負氫離子源的裝置，包括有銫注入器、RF驅(qū)動器、放電室、探針板、電極系統(tǒng)、錐形支撐座、金屬法蘭、支撐環(huán)氧、磁濾器和四層永久磁鐵，在放電室的頂端固定有放電室蓋板，在放電室蓋板的上方依次安裝有所述的RF驅(qū)動器和銫注入器，所述的放電室固定安裝在探針板上，在所述的探針板上安裝有多個朗繆爾探針，所述的磁濾器安裝在探針板的下面，所述的錐形支撐座位于探針板的下方，電極系統(tǒng)安裝在錐形支撐座上，在錐形支撐座上設(shè)有兩層金屬法蘭，所述的支撐環(huán)氧位于兩層金屬法蘭之間，在錐形支撐座上還設(shè)有冷卻水管一，所述的冷卻水管一的兩端分別位于金屬法蘭上，冷卻水管一的中間部分穿過所述的電極系統(tǒng)，所述的四層永久磁鐵環(huán)繞安裝在放電室的外圍。

所述的電極系統(tǒng)是由PG電極、EG電極、ESG電極和GG電極四層電極組成，每層電極由四塊電極板組成，每塊電極板有30個圓孔，PG電極和EG電極之間有12kV電壓，EG電極和ESG電極等電位與GG電極之間有50kV電壓。

所述的四層電極內(nèi)部均含有12個長3mm寬2.5mm的冷卻水路，在冷卻水路下面開有永久磁體安裝槽，在永久磁體安裝槽內(nèi)安裝有永久磁體，在電極上方固定有磁體蓋板。

所述的放電室上焊接有內(nèi)徑是4mm厚度為1mm冷卻水管二給整個放電室冷卻，所述的四層永久磁鐵為長50mm、寬10mm、高度15mm、磁感應(yīng)強度為3600高斯永久磁鐵

RF驅(qū)動器作為等離子體發(fā)生器產(chǎn)生等離子體，其中放電室作為等離子體擴展室，銫注入器能促進負離子產(chǎn)生, 磁過濾器能夠有效降低引出區(qū)的電子溫度和負離子損失率。電極系統(tǒng)由四層圓孔形水冷電極組成。四層電極分別是：等離子體電極（PG電極），引出電極（EG電極），電子抑制電極（ESG電極），地電極（GG）。每層電極由四塊電極板組成，每塊電極板有30個圓孔，其中PG和EG電極之間有12kV電壓，EG和ESG等電位與GG之間有50kV電壓。負氫離子在多級電場加速下被引出，束流密度達到350A/m2。

本實用新型的優(yōu)點是：本實用新型通過RF驅(qū)動器產(chǎn)生穩(wěn)定的長脈沖等離子體，在銫注入器的幫助下提高負氫離子的產(chǎn)出，通過引出系統(tǒng)引出束流，束流密度達到350A/m²。該負氫離子源提供一種長脈沖高功率的負氫離子源，滿足中性束注入裝置高參數(shù)要求。

附圖說明

圖1是本實用新型的1/4剖視圖。

圖2是本實用新型的四層電極示意圖。

圖3是本實用新型的EG電極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型的EG電極剖視圖。

圖5為本實用新型的EG電極蓋上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5所示，一種孔形水冷電極引出系統(tǒng)負氫離子源的裝置，包括有銫注入器1、RF驅(qū)動器2、放電室4、探針板5、電極系統(tǒng)6、錐形支撐座7、金屬法蘭8、支撐環(huán)氧9、磁濾器11和四層永久磁鐵13，在放電室4的頂端固定有放電室蓋板3，在放電室蓋板3的上方依次安裝有所述的RF驅(qū)動器2和銫注入器1，所述的放電室4固定安裝在探針板5上，在所述的探針板5上安裝有多個朗繆爾探針，所述的磁濾器11安裝在探針板5的下面，所述的錐形支撐座7位于探針板5的下方，電極系統(tǒng)6安裝在錐形支撐座7上，在錐形支撐座7上設(shè)有兩層金屬法蘭8，所述的支撐環(huán)氧9位于兩層金屬法蘭8之間，在錐形支撐座7上還設(shè)有冷卻水管一10，所述的冷卻水管一10的兩端分別位于金屬法蘭8上，冷卻水管一10的中間部分穿過所述的電極系統(tǒng)6，所述的四層永久磁鐵13環(huán)繞安裝在放電室4的外圍。

所述的電極系統(tǒng)6是由等離子體電極14、引出電極15、電子抑制電極16和地電極17四層電極組成，每層電極由四塊電極板組成，每塊電極板有30個圓孔，等離子體電極14和引出電極15之間有12kV電壓，引出電極15和電子抑制電極16等電位與地電極17之間有50kV電壓。

所述的四層電極內(nèi)部均含有12個長3mm寬2.5mm的冷卻水路18，在冷卻水路18下面開有永久磁體安裝槽19，在永久磁體安裝槽19內(nèi)安裝有永久磁體20，在電極上方固定有磁體蓋板。

所述的放電室4上焊接有內(nèi)徑是4mm厚度為1mm冷卻水管二12給整個放電室冷卻，所述的四層永久磁鐵13為長50mm、寬10mm、高度15mm、磁感應(yīng)強度為3600高斯永久磁鐵。

在圖1中，將RF驅(qū)動器2和銫注入器1安裝在放電室蓋板3上,整體安裝在放電室4上，密封采用氟橡膠圈密封。放電室4通過螺栓固定在探針板上5，探針板上5安裝多個朗繆爾探針用來測量等離子體參數(shù)。電極系統(tǒng)6安裝在錐形支撐座7上，支撐座7采用錐形結(jié)構(gòu)可以在有限的空間下大大增加了電極之間的絕緣間距，從而達到減小引出系統(tǒng)尺寸，節(jié)約材料及增加強度的目的。錐形支撐座7安裝在金屬法蘭8上，金屬法蘭8不僅提供支撐作用還可以起到供應(yīng)冷卻水及施加電壓的作用。支撐環(huán)氧9作為絕緣材料采用螺栓和氟橡膠密封圈固定在金屬法蘭8之間。冷卻水通過金屬法蘭8上的接口引入冷卻水再通過冷卻水管10流入電極系統(tǒng)6實現(xiàn)冷卻。其中磁濾器11安裝在探針板上5主要是降低引出區(qū)的電子溫度，從而減小高能電子對負離子造成的碰撞損失。放電室4上焊接有冷卻水管12可以給整個放電室冷卻。四層永久磁鐵13環(huán)繞安裝在放電室周圍，其作用是約束等離子體，提高等離子體的密度均勻性， 使等離子體密度隨時間的變化較小。

在圖2中，PG電極14和EG電極15電極之間有12kV電壓，EG電極15和ESG電極16等電位與GG電極17之間有50kV電壓。負氫離子在多級電場加速下被引出，束流密度達到350A/m2。

在圖3、4、5中，各電極內(nèi)部含有水冷槽，內(nèi)部含有12個長3mm寬2.5mm的冷卻水路18用來冷卻整個電極，水路下面是永久磁體安裝槽19內(nèi)安裝永久磁體20用來約束協(xié)同電子防止其對下層電極轟擊造成破壞。磁鐵蓋板通過螺栓固定在EG電極15上防止永久磁體20脫落。

孔形水冷電極系統(tǒng)負氫離子源工作原理：氫氣進入RF驅(qū)動器2被電離產(chǎn)生等離子體，與放電室4內(nèi)壁相接觸的等離子體電子和離子會損失掉。當放電穩(wěn)定時，進入等離子體的電子和產(chǎn)生的離子與損失在陽極的電子和離子的數(shù)目是趨于相等的。在電極系統(tǒng)6加載高壓，電極系統(tǒng)形成離子光學(xué)透鏡。引出的離子經(jīng)過電極系統(tǒng)形成離子束，并加速到所要求的能量。